Пайка вольфрама

Вольфрам и его сплавы, обладая высокой прочностью, жаропрочностью до температуры 2700 °С и другими ценными качествами, являются необходимыми материалами в ряде областей техники. Металлический вольфрам широко применяют в ракетостроении, электроламповой, радиотехнической и электровакуумной промышленности. Вольфрам широко используют в промышленности в чистом виде и в виде сплавов; он является наиболее тугоплавким металлом с Т_пл = 3410 °С, имеет временное сопротивление при растяжении 500 ... 900 МПа, 3200...4150 НВ. Недостатком вольфрама является его хрупкость при 20 °С (относительное удлинение и сужение равны нулю). Механическую обработку вольфрама можно производить только при температуре 300 ... 500 °С, т.е. выше порога хрупкости.

Пайку вольфрама необходимо стремиться производить при температурах ниже температуры его рекристаллизации 1450 °С, поскольку выше этой температуры прочность вольфрама значительно снижается. При сварке плавлением рекристаллизация вольфрама и его охрупчивание неизбежны, поэтому применение пайки для изделий из вольфрама предпочтительнее. При соединении вольфрама с другими металлами основная трудность связана со значительным различием в TKЛP.

При 20 °С вольфрам обладает высокой химической стойкостью, но при нагревании выше 400...500 °С окисляется с образованием трехокиси вольфрама WO₃. При пайке вольфрама требуется особо тщательная очистка его поверхности, которую производят механическими средствами или травлением в кислотах. Травить можно в смеси равных частей азотной и фтористоводородной кислот с последующей промывкой в горячей воде или спирте. Очистку можно вести также в горячем растворе едкого натра или электролитическим методом, применяя в качестве электролита разбавленный раствор азотнокислого натрия (NaNO₃). Способ очистки выбирают в зависимости от степени окисленности вольфрама.

После тщательной очистки вольфрам успешно паяется во всех защитных и восстановительных средах, но чаще в вакууме, так как при этом обеспечивается получение более плотных паяных швов. Для улучшения смачивания вольфрама расплавленными припоями иногда применяют предварительное гальваническое покрытие его никелем или медью.

Для высокотемпературной пайки вольфрама используют припои с температурой плавления до 3000 °С, в том числе чистые металлы (тантал, ниобий, никель, медь) и сплавы (Ni-Ti, Ni-Cu, Mn-Ni-Co, Мо-В и др.).

Учитывая склонность вольфрама к рекристаллизации, пайку его необходимо производить при Максимальных скоростях нагрева с минимальной выдержкой при пайке. Наиболее перспективным способом соединения вольфрама является сочетание пайки с последующей диффузионной обработкой. В результате такой обработки получаются паяные соединения с высокой температурой распайки (вторичного расплавления паяного шва).

При диффузионной обработке происходят диффузия, растворение, а также испарение отдельных компонентов. Например, марганец кипит при 2150 °С и при этой же температуре полностью испаряется. Поэтому при диффузионной обработке швов, паянных припоями, содержащими марганец, повышение температуры вторичного расплавления достигается за счет испарения марганца. При правильном сочетании припоя, температуры пайки и времени выдержки можно получить паяные соединения с температурой вторичного расплавления до 2760 °С. Например, при пайке вольфрама при 1000...1100 °С припоем платина-бор с добавкой порошка вольфрама в результате реактивной диффузии в шве образуется сплав, работоспособный при 2000 °С. Преимуществом этого припоя является то, что пайку вольфрама можно производить при температуре ниже температуры его рекристаллизации, т.е. без снижения механических свойств вольфрама.

Перспективным является метод диффузионной пайки, позволяющий до минимума уменьшить толщину прослойки припоя в зазоре, в результате чего сокращается количество жидкой фазы в шве и уменьшается возможность образования хрупких зон.

Для капиллярной пайки вольфрама в вакууме 10^-2 Па или аргоне высокой чистоты можно использовать стандартные серебряные припои ПСр72, ПСр62, ПСр37,5; медно-никелевые припои ВПр4, ПМ17, ПМ17А и припой на железной основе системы Fe-Mn. Наибольшее временное сопротивление при растяжении (265 МПа при зазоре 0,15 мм) обеспечивает припой ПСр37,5.

Соединения вольфрама, паянные чистым железом, могут надежно работать при 900 °С. Соединения, паянные припоем, состоящим из 75 % Cr и 25 % V, успешно работают при 1200 °С.

Возможно соединение вольфрама и при использовании в качестве припоев меди, марганца, олова и серебра, обеспечивающих высокую прочность соединений, получающуюся за счет насыщения шва вольфрамом. Зерна вольфрама диспергируют вследствие адсорбционного понижения его прочности под действием расплавов припоев и спекаются в капиллярном зазоре. Для диффузионной пайки вольфрама рекомендованы три состава припоев в %:

1) Ni - основа, 6,5Cr, 2,5Fe, 3В, 5Si, 0,15С (Т_пл=1066 °С);
2) 67,5Mn, 16Ni, 16Со, 0,5В (Тт = = 1066 °С);
3) 69Ni, 20Cr, 10Si, lFe (Т_пл= 1185 °С).

Припои применяют в виде порошка. Пайку производят в атмосфере водорода; выдержка при пайке 5 мин.