Пайка тантала

Тантал среди других металлов выделяется исключительной химической стойкостью в сильных кислотах и расплавах щелочных металлов, а также рядом других свойств. Он имеет Т_пл = 2996 °С, плотность 16,6 г/см³, в отличие от вольфрама и молибдена обладает пластичностью. Тантал промышленной чистоты в отожженном состоянии при 20 °С имеет предел прочности σ_в = 420 МПа, относительное удлинение δ = 25 %; при 980 °С σ_в = 140 МПа. Температура пластично-хрупкого перехода для тантала лежит ниже -196 °С.

Кроме чистого тантала, в промышленности применяют сплавы тантала с вольфрамом, ниобием, гафнием, которые достаточно пластичны. Относительное удлинение этих сплавов δ = 25...30 % (зависит от способа выплавки). Тантал и его сплавы используют в электротехнике и для изготовления нагревателей в вакуумных печах. Известно также применение чистого тантала и его сплавов с ниобием в химическом аппаратостроении. При нагреве на воздухе тантал, так же как и ниобий, начиная с 200...300 °С, заметно окисляется. Наряду с окислением происходит диффузия газов в металл, непосредственно под оксидной пленкой образуется газонасыщенный слой, толщина которого зависит от температуры и времени нагрева.

Тантал интенсивно поглощает газы при нагревании, поэтому при пайке тантала предпочтителен вакуум не ниже 10² Па. В качестве припоев для пайки тантала целесообразно применять, прежде всего, такие металлы, как титан, ванадий, ниобий и молибден, которые образуют с танталом непрерывный ряд твердых растворов, что позволяет получить высокопрочные и пластичные паяные соединения. Из указанных металлов успешно применяют сплав, содержащий 85 % Ti и 15 % Мо, дающий возможность производить пайку при 1850 °С.

Вакуумную пайку танталовых сплавов выполняют припоями на основе титана и гафния. Например, при пайке сплавов, содержащих (в %): Ta-30Nb-7,5V, применяют припой Ti-34Cr, а для танталовых сплавов Ta-10W и Ta-8W-2Hf рекомендовано несколько составов припоев (в %): Ti-30V-4Be; Hf-15Ti-7Mo; Hf-30Ta-11V; Hf-7Mo-6V и Hf-7Mo, которые назначаются в зависимости от условий работы изделия. Так, для работы изделия до температуры 1972 °С используют припой Hf-7Mo, обеспечивающий при пайке в вакууме при температуре 1512 °С обоих танталовых сплавов высокую жаропрочность соединений. Прочность и пластичность соединений можно повысить на 30...40 % за счет диффузионной термообработки при температуре 1978 °С.

Сплав Ta-10W хорошо паяется при температуре 1305 °С припоем Ti-30V-4Be. Образующиеся швы имеют пластичную однофазную структуру, в которой равномерно распределен твердый бериллид титана. Предел прочности соединений на срез при температуре 1655 °С равен 40 МПа. При пайке сплава Ta-10W при температуре 2193 °С припоем Hf-40Ta образуется соединение с температурой распая 2093 °С, а угол изгиба без растрескивания стыкового образца равен 40...60°.

Для диффузионной пайки сплава тантала с содержанием 1 % W в качестве припоя применяют чистый титан. Припой в виде фольги укладывают в места соединений. Пайку производят в печи при разрежении 10^-2...10^-3 Па, температура пайки 1760 °С, выдержка 10 мин. Температура вторичного расплавления щВа после пайки поддерживалась 2092 °С, временное сопротивление при растяжении соединений при 1928 °С составляет 16,5 МПа. Для капиллярной пайки используют припой на основе тантала с 40 % Hf. Пайку выполняют при 2205 °С с выдержкой 1 мин. Для пайки тантала применяют припой следующего состава (в %): 20Ta-5Nb-3W (остальное Ti). Пайку этим припоем осуществляют в вакууме 10^-3 Па при 1000 °С с выдержкой 5 мин. Предел прочности соединения на срез τ_ср = 200 МПа, температура вторичной распайки 2000 °С.

Тантал можно паять по предварительно нанесенному слою серебра. Пасту, состоящую из порошка серебра и связующего, наносят на тантал, после сушки и обжига при 600 °С в течение 1 ч получают прочное сцепление. Обработанный таким образом тантал можно паять, например, с медью. Предел прочности соединения достигает 50 МПа. Ввиду того что тантал трудно поддается пайке, его поверхность рекомендуется предварительно покрывать никелем или платиной. Пайку покрытых изделий можно вести с применением флюсов, в среде инертных газов или вакууме.