паяльная паста для получения биметаллического соединения

Формула изобретения

ПАЯЛЬНАЯ ПАСТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ, содержащая никель и марганец, отличающаяся тем, что при контактной сварке-пайке стали со свинцом она дополнительно содержит хлористую медь и силикат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Никель - 20 - 25

Марганец - 45 - 50

Хлористая медь - 5 - 10

Силикат натрия - Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сварочным материалам и может быть использовано при получении сталесвинцовых биметаллов контактной сваркой-пайкой для химического оборудования и радиационной защиты.

Известен припой для пайки нержавеющих сталей, инконеля, нихрома и других жаропрочных сплавов, который близок по составу предлагаемому, на основе сплава Mn-Ni-Cu, содержащий, мас. Mn 40; Ni 30; Cu 10 [1]

Этот припой имеет избыточное содержание никеля, что увеличивает температуру плавления сплава и склонность к ликвации, увеличение температуры плавления приводит к перегреву свинца, выплеску его из под электрода сварочной машины и утонению свинцового слоя под электродом, это существенно ухудшает качество биметалла сталь-свинец, кроме этого, применение данного припоя требует длительной и тщательной подготовки соединяемых поверхностей.

Наиболее близкой к изобретению является паяльная паста, которая содержит, мас. никель 9,5; медь 52,5; марганец 38,0 [2] Эта паста предназначена для припаивания твердосплавных режущих пластин к стальным державкам.

Эта паста не позволяет получать сталесвинцовые биметаллы никаким из известных способов. При контактной сварке-пайке низкое содержание никеля в пасте не обеспечит активации стальной поверхности и процессов смачивания стали свинцом, а также высокое содержание в пасте меди, резко снижает электросопротивление припоя, что исключает применение контактной сварки-пайки для производства таких биметаллов.

Задача изобретения создания паяльной пасты для контактной сварки-пайки элементов конструкции из свинца с элементами конструкции из стали, которая обеспечит требуемую прочность сцепления слоев в биметалле сталь-свинец при сохранении высоких технологических и коррозионных свойств данного биметалла.

Технический результат изобретения повышение активности паяльной пасты, снижение температуры ее плавления и уменьшение количества сварных точек на единицу площади сварной поверхности, обеспечение возможности нанесения ее на наклонные и вертикальные поверхности.

Технический результат достигается тем, что паяльная паста для получения биметаллического соединения, содержащая никель и марганец, при контактной сварке-пайке стали со свинцом дополнительно содержит CuCl₂ и Na₂SiO₃, при следующем соотношении компонентов, мас. Ni 20-25; Mn 45-50; CuCl₂ 5-10; Na₂SiO₃ остальное.

Отличием предлагаемой паяльной пасты является введение в ее состав CuCl₂, который повышает активность пасты и вступает во взаимодействие с оксидной пленкой соединяемых металлов. Введение CuCl₂ в паяльную пасту менее 5 мас. не обеспечивает хорошей активности пасты и разрушения оксидных пленок на свариваемых поверхностях, а избыток CuCl₂ более 10 мас. не увеличивает активности паяльной пасты, и экономически нецелесообразен.

Ni и Mn повышают растворимость свинца в железе. Также за счет Ni улучшается смачиваемость твердого железа жидким свинцом и адгезия. Ni входит в ряд компонентов, который соответствует термодинамической тенденции добавок в жидкости агрегировать на межфазной поверхности твердое железо-жидкий свинец. Наличие Mn в паяльной пасте снижает температуру плавления системы.

Введение Ni менее 20 мас. снижает адгезию на границе твердое железо-жидкий свинец, что влечет за собой снижение прочности сцепления слоев в биметалле. При введении в пасту Ni более 25 мас. увеличивается температура плавления системы Cu-Ni-Mn и повышается склонность к ликвации. Введение в паяльную пасту Mn менее 45 мас. не снижает температуру плавления системы, избыток Mn более 50 мас. приводит к образованию хрупкой интерметаллидной фазы типа Ni₃Mn.

Na₂SiO₃ обеспечивает возможность нанесения паяльной пасты на наклонные и вертикальные поверхности, а также способствует удалению окисных пленок с поверхностей соединяемых металлов. Введение в пасту Na₂SiO₃ менее 15 мас. не связывает порошковую смесь металлической основы пасты и не закрепляет пасту на соединяемой поверхности, избыток Na₂SiO₃ более 30 мас. резко снижает электропроводность пасты при контактной сварке-пайке и ухудшает качество получаемого соединения в биметалле.

Паяльную пасту готовят следующим образом.

Приготавливают смесь из порошков Ni и Mn в отношении 1:2, после чего в смесь добавляют 5-10 мас. CuCl₂. В приготовленную смесь порошков добавляют Na₂SiO₃, который составляет остаток от 100% пасты по массе. После этого полученную клееобразную смесь наносят на очищенную от загрязнений свинцовую поверхность и дают просохнуть в течение 10-15 мин. После сушки осуществляют сборку свинцового и стального листов под контактную сварку-пайку.

П р и м е р. Паяльную пасту для контактной сварки-пайки свинца марки С4 (ГОСТ 3778) толщиной 4 мм и стали Ст3 (ГОСТ 380-71) толщиной 3 мм готовят из механической смеси никелевого порошка (ГОСТ 9822-61) в количестве 25% от массы паяльной пасты, марганцевого порошка марки Мн 997 (ГОСТ 6008-90) в количестве 50% от массы пасты и порошка хлорида меди (ГОСТ 4167-74) в количестве 10% от массы пасты. В сухую смесь добавляют стекло натриевое жидкое (ГОСТ 13078-67) в количестве 15% от массы смеси. Приготовленную паяльную пасту наносят на очищенную свинцовую поверхность слоев до 1 мм и дают просохнуть в течение 10-15 мин. После этого стальной и свинцовый листы собирают и проводят контактную сварку-пайку. Сварку-пайку ведут на машине модели МТ-2201 на режиме давление сварки 0,15 МПа, плотность импульса тока сварки 1694, 00 А/мм², время импульса тока сварки 0,18 с, давление выдержки 0,05 МПа и время выдержки 0,8 с.

Проводили статические испытания сцепления слоев в биметалле на отрыв (Биметаллические соединения, Чарухина К.Е. С.А. Голованенко, В.А. Мастеров, Н. Ф. Казаков, М. Металлургия, 1972, с. 71-72). Испытания проводили на разрывной машине Р 10. Разрушение соединения происходило по свинцу. Сравнительные испытания на прочность сцепления слоев в биметалле сталь-свинец, полученном контактной сваркой-пайкой, с помощью предлагаемой паяльной пасты и пасты, выбранной в качестве прототипа, приведены в табл. 2, в табл. 1 даны составы паяльной пасты с различными концентрациями компонентов.