Припой для пайки медно-стальных изделий

 

Задачей изобретения является создание припоя для пайки медно-стальных изделий, работоспособных в экстремальных условиях - в агрессивных средах при высоких температурах и давлениях. Припой содержит следующие компоненты, мас. %: никель 3,7-5,2; марганец 10,1-12,6; медь - остальное.

Изобретение относится к области пайки, в частности к припоям для пайки медно-стальных конструкций, работоспособных в агрессивных средах при высоких температурах и давлениях.

Медно-стальные изделия, работающие в экстремальных условиях, представляют собой телескопические конструкции, содержащие наружную деталь из стали и внутреннюю - из медного сплава - бронзы. Известен припой для пайки изделий, содержащих детали из стали и бронзы. Припой включает в себя следующие компоненты, мас.%: Никель - 1,0 - 5,0 Марганец - 1,0 - 10,0 Железо - 5,0 - 7,5 Хром - 5,0 - 20,0 Медь - Остальное (авт.свид. СССР N 203438, B 23 K 35/30, 1967).

Однако при пайке изделий, работающих в агрессивной среде и при высокой температуре, использование данного припоя практически невозможно из-за низкой термической прочности и пластичности паяных соединений, содержащих железо и хром.

Задача изобретения - создание припоя для пайки медно-стальных изделий, работоспособных в экстремальных условиях.

Согласно настоящему изобретению задача решена за счет того, что припой содержит медь, никель и марганец при следующем соотношении компонентов, мас. %: Никель - 3,7 - 5,2 Марганец - 10,1 - 12,6 Медь - Остальное
Технический результат - повышение теплопрочности и пластичности паяных соединений.

Предложенный припой получают путем нанесения гальваническим способом слоев покрытия компонентов припоя - никеля, марганца, меди - заданной толщины на паяемые поверхности деталей изделия. При пайке телескопических конструкций на паяемые поверхности наружной и внутренней деталей наносят соответственно слои никелевого покрытия толщиной 7 - 15 мкм и 7 - 12 мкм. На слой никелевого покрытия внутренней детали наносят слои медного, а затем марганцевого покрытия толщиной 20 - 30 мкм и 5 - 10 мкм соответственно. После сборки деталей конструкцию паяют в защитной среде при температуре 940 - 960^oC в течение 25 - 30 мин. При температуре 860^oC начинается плавление припоя. В жидкой фазе, содержащей медь-марганец, по мере роста температуры в печи происходит растворение никеля. При достижении температуры пайки объем жидкой фазы увеличивается и заполняет пространство между паяемыми деталями. По окончании пайки изделия охлаждают в защитной среде до 200^oC, а затем на воздухе.

Ниже приведены примеры пайки телескопических изделий с использованием заявляемого припоя.

Пример 1. Паяли теплообменники, содержащие наружную деталь из стали марки ВНС-25 и внутреннюю - из бронзы марки БрХ0,8. На паяемую поверхность наружной детали наносили слой никелевого покрытия толщиной 7 мкм гальваническим способом из сернокислых растворов. На паяемую поверхность внутренней детали наносили сначала слой никелевого покрытия толщиной 7 мкм, а затем последовательно слои медного покрытия толщиной 20 мкм и марганцевого - толщиной 5 мкм, что соответствовало заявленному содержанию компонентов в припое. После сборки конструкцию паяли в печи, заполненной аргоном. Пайку проводили при температуре 940^oC в течение 25 мин, а охлаждение - в атмосфере аргона до 200^oC, далее на воздухе.

Были проведены испытания конструкций в агрессивной среде при температуре до 600^oC. Анализ показал, что паяные соединения выдерживали высокие напряжения, близкие к пределу текучести их материала, без разрушения. Этот эффект был достигнут за счет повышения теплопрочности и пластичности материала паяного соединения.

Пример 2. Паяли те же теплообменники, что в примере 1. На паяемую поверхность наружной детали наносили слой никелевого покрытия толщиной 15 мкм. На паяемую поверхность внутренней детали наносили сначала слой никелевого покрытия толщиной 12 мкм, а затем последовательно слой медного покрытия толщиной 30 мкм и марганцевого - толщиной 10 мкм. Пайку проводили при температуре 960^oC в течение 30 мин, а охлаждение - в атмосфере аргона до 200^oC, далее на воздухе.

Испытания изделий в агрессивной среде при температуре до 600^oC не выявили негерметичности паяных соединений.

Формула изобретения

Припой для пайки медно-стальных изделий, включающий медь, никель и марганец, отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
Никель - 3,7-5,2
Марганец - 10,1 - 12,6
Медь - Остальное