Способ получения ленты припоя непрерывным литьем

 

А. И. Цэомов, Ю. К. Ковнеристый, Э. К. Осипов и Е. А. Трофимоваt

Институт метаiщургии им. A. A. Байкова AH CCP

-»ъ.ю.. (72) Авторы изобретения (73) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕНТЫ ПРИПОЯ

НЕПРЕРЫВНЫМ ЛИТЬЕМ

Изобретение относится к пайке, в частности к методам изготовжния ленты, проволоки, прутков припоев, применяемых для спаивания металлических деталей.

Для прецварительной укладки припоя перед пайкой у. зазора или в зазор спаивавмых деталей наиболее удобнымн являются готовые припои в виде ленты, фольJ ги, листа, проволоки и штампованных из листа фвсонных заготовок. Между.тем, большинство средне- и высокоплавких ю готовых промышленных припоев на основе двойных тройных и четверных эвтек). тик являются в литом состоянии хрупкими йли малопластичными, что делает не15 возможным получение из них жнты, листа и проволоки традиционными метоцами обработки цавжнйем. К таким припоям относятся, например, срецнеплавкие гото» вые припоя на основе алюминия с добав

20 квми меци, жежза, цинка, кремния, гер» мания, марганца, на основе, серебра с цобавквми меди, цинка и кадмия, меднофосфористые и медно-цинковые припоя, срецне-и высокоплавкие готовые припои нв основе никеля с цобавками хрома, кремния, бора, фосфора, марганца, на основе паллация с добавками титана, хрома, ниобия, бора, кремния, марганца, высокоплавкие готовые припои нв основе железа с добавками хрома, фосфора, бора и кремния, на основе титана с цобавками никеля, меди, циркония и кобальта и мно .me другие.

Известен способ иэготовжния хрупких и малопластичных припоев в виде многослойной ленты, составленной из пластичных и непластижых компонентов припоя. При сборке такой многослойной жнты менее пластичные компоненты при« поя размещаются между ленточными прокладками из боже пластичных компонен тов. При горячей прокатке наружные выступвкхцие края пластичных лент-свариваются, образуя герметичный многослойный пакет, что предотвращает выдавливание наружу расположенной внутри хрупкой со ставляющей припоя Ь3 °

921739

Известен также способ получения ленты или фольги из составляющих хрупкого припоя, который заключается в том, что на пластичную ленту одного из компонентов припоя наносится равномерным слоем смесь порошков остальных компонентов припоя, смешанных со связкой.Затем произвоцится сушка ленты, прокатка с обжатием на 337 и сглаживание ленты, Прокатка цо толщины 0,1 мм производит- lo ся в несколько этапов при нагреве в восстановительн ой атмосфере ".2) .

Недоста;ками этих ме одов являются многоэтапность технологического процесса (получение ленты из пластичного компонента припоя, получение порошков из хрупких компонентов припоя, сборка и сушка пакета, спекание, многоступенчатая прокатка с использованием промежуточных оркигов), недостаточно высокая пластичность получаемых лент„невозможность получения лент тоньше О, 1-0,3 мм, ограниченная область применения цанных метоцов (только незначительная часть малопластичных и хрупких готовых промышлен- 5 ных припоев могут быть получены в виде относительно пластичной ленты) .

Ивестны способы получения ленты, листов и проволоки из различных металлов и сплавов, в том числе и припоев„путем затверцевания расплава на холоцных поверхностях, перемещающихся в контакте с расплавом

Для получения ленты припоя его расплав разливали через регулирующую на35 сацку на наружную поверхность вращающегося воцоохлажцаемого цилиндра (33.

В известном способе процесс получения жнты припоя ведется таким образом, что перегрев расплава нац температурой î ликвицус к моменту слива не превышает

10-20%, а соотношение между площадками поперечного сечения струи и ленты находится в прецелах 10-50. В результате получают ленты относительно боль45 шой толщины (0,3-20 мм), которые при необходимости цокатывают в холодную цо меньшей толщины с применением ряда промежуточных отжигов. При таких режимах процесса из-за недостаточно интенсивного теплоотвода от расплава к холодиль50 нику скорость охлаждения расплава не т превышает 10 -10 грац/с и в остываъ . ющем расплаве успевают произойти процессы кристаллизации. Получаемые ленты имеют мелк озернистую кристаллическую .,структуру, их фазовый состав ицентичен фазовому составу материала в литом состояния. По физико-механическим свойствам мелкокристаллические жнты, в основном, аналогичны житам, получаемым прокаткой тверцого материала и, в частности, не обладают радиально более высокой пластичностью. Некоторое повышение пластичности может быть достигнуто лишь цля ограниченного числа малопластичных в литом состоянии припоев за счет увеличения степени цисперсности и изменения гометрического расположения и количественного соотношения присутствующих в сплаве кристаллических фаз. Вместе с тем большинство хрупких готовых промышленных припоев вообще не могут быть получены в виде кристаллической

EF-иты из-за ее растрескивания и pàçðóщения.

Цель изобретения — получение пластичной структуры хрупких и малопластичных срецне- и высокоплавких припоев.

Поставжнная дель достигается тем, что в способе получения ленты припоя непрерывным литьем, включающем получение расплава припоя с псслепующим непрерывным литьем на холодную поверхность вращения, расплав перец литьем. подвергают перегреву на 40-60% выше температуры ликвицус, а литье ведут струей, отношение площади поперечного сечения которой K площаци поперечного сечения ленты составляет (100-150): 1.

Материал припоя расплавляют в вакууме или в атмосфере инертного газа (аргон, гелий) и расплав перегревают на

40-60% выше температуры ликвипус, используя цля этого любой источник нагрева (инцукционный, цуговой, плазменный, электронный и т.п.) . Перегрев расплава производят с целью увеличения жидкотекучести расплава и его способности к растеканию тонким слоем на холодной металлической поверхности, с целью растворения или дезактивации возможно присутствующих в расплаве мелкоцисперсных труцнорастворимых примесей, а также с целью получения изотропного расплава со статически плотной упаковкой атомов без яаправленных связей между ними.

Нижний предел степени перегрева расллава нац температурой ликвицус (404) обусловлен тем, что при меньших степенях перегрева не цостигается изотропнсго состояния расплава с пониженной склонностью к кристаллизации в условиях сверхбыстрого охлажцения. Кроме того, расплав, перегретый менее, чем на

40% вьппе температуры ликвидус, характеризуется недостаточной хорошей жицкотекучес ъю и растекаемостью.

92 1739

Ч - окружная скорость вращения цилиндр ;

Vq - скорость поступления расплава

На поверхность цилиндра "

5 И, - толщина струи расплава;

Ц1 - ширина струи расплава

Tp — температура расплава т„- температуря поверхности цилиндра

- теплопровопность материала цилинapяе н — состояние поверхности цилиндра.

R качестве параметров оптимизации берут отношение площади поперечного сечения струи расплава 3 к площади поперечного сечения получаемой ленты 3 которое легко может быть измерено непосредственно.

Для получения пластичной ленты припоя процесс ведут таким образом, чтобы отношение (. 5z находилось в пределах (100-150):1 при следующих уровнях варьирования внешними фякторами. P =10-60 « с ) =0,5-5 м/с; п1-5 мм: Тр =140- 160% от температуры ликвидус припоя, Т, -180- +25 С; ширина струи Eg не лимитируется. В качестве материала цилиндра берут материал с наиболее высокой теплопровопностью (например, медь), поверхность цилиндра должна быть свободна от окисных пленок и полирована до

10-12 класса точности.

При указанном пределе отношения площапи поперечного сечения струи к площади поперечного сечения ленты, благодаря интенсивному теплоотводу от расплава и, цилиндру, постигаются скорости охлажде,ния расплава порядка 10 -10 rpag/ñ.

Сверхбыстрое охлаждение перегретого изотропного расплава приводит к частичному или полному подавлению процессов кристаллизации и формированию особого структурного состояния припоя, характеризующегося отсутствием дальнего порядка в относительном расположении атомов.

Получаются ленты с аморфной или аморфно-кристаллической структурой, физико-механические свойства которых значительно отличаются от свойств rex же самых припоев в кристаллическом состоянии. Вследствие принципиального изменения механизма пластической деформации аморфные и аморфно-кристаллические ленты припоев обладают существенно более высокой пластичностью, прочностью и гопротивлением трешинообразованию, чем их кристаллические аналоги.

Верхний предел степени перегрева расплава над температурой ликвид с (60;о) обусловлен тем, что перегрев расплава свыше этого предела является нецелесообразнчм из-аа повышенного расхода электроэнергии, уменьшения срокя службы деталей установки, контактирующих с расплавом, и возможного умень» шения скорости охлаждения расплава вследствие локального paaorpeaa поверхности вращения.

Через разливочную воронку, изготовленную из огнеупорного материала с высокой химической стойкостью по отношению к распляву (графит, стабилизирован- ная окись циркония, окись тория, нитрид бора и т.д.), перегретый расплав попают на наружную поверхность вращающегося с регулируемой скоростью массивного медного цилиндра диаметром 100-300 мм2о в виде широкой плоской струи или нескольких равномерно расположенных в одной плоскости параллельных круглых струй, которые при контакте с поверхностью вращения сливаются в опну широкую плоскую 25 струю, Ось вращения цилиндра располагают по линии пересечения горизонтальной плоскости с плоскостью струи расплава.

Скорость поступления расплава на поверхность цилиндра регулируют величиной гип-зо ростатического давления столба расплава в воронке (зависит от высоты столба) или величиной избыточного давлэния инертного га=а нап зеркалом расплава.Толщину и ширину струи задают установленными соответствующих размеров выходных отверстий в различной воронке. Для уменьшения возможного изменения размеров струи на пути движения расплава от воронки к поверхности вращения слив 4о ведут короткой" (5-20мм) струей. Во избежание подстуживания расплава в воронке, последнюю делают, по возможности, тонкостенной и подогревают до температуры, близкой к температуре распла- 4. ва. Поп действием центробежной силы застывший расплав припоя непрерывно сходит с цилиндра по направлению касательной к его поверхности в вице плоской ленты, ширина которой соответствует ши- 5я рине струи расплава, а толщина зависит

or условий ведения процесса.

Получение ленты припоя предлагаемым. способом относится к многофакторным технологическим процессам с корреляци-55 онной зависимостью между внешними факторами и параметром оптимизации. Внешними факторами, воздействующими на процесс, являются.

92 1739

Нижний предел отношения Ь 3 равный 100„обусловлен тем, что при отношении >q Sz - 100 расплав застывает в вице относительно .толстой лен(свыше 50-60 мкм). И силу того, 5 пто теплопроводность в застывающем расплаee имеет ограниченную величину, не об.;-..пе ивается достаточно интенсив.;-ый теплоотвод от расплава к медному

-=:.линдру и не достигается скорость охлаждения, необходимая цля подавления

: †:роцессов кристаллизации. При Ь

:=-- 10O структура затвердевшего припоя остается кристаллической, его физико-ме" нические свойства сохраняются на уров- 45

:: e литых массивных образцов.

Верхний предел отношения равный 150-, обусловлен ограничителями, г:-";.орые-. накладывают на минимально воз;. .ожную = oëëèíó получаемой ленты ве- 20, ::."-,.чины жицкотеку ости, вязкости, растекаемости и поверхностного натяжения расплавов реальных промьпяжнных припоев. При отношении »: Sz) 150 практически невозможно получить качествеи- 25 н ю лентg досTBточной длины иэза появ пения в ней многочисленных дефектов в

::::: —;це разрывов, нарушений оплошности и

С оотн ошение меж ду внешними фак Top B .4и процесса, которое обеспечивает получение отношения 3<, в пределах 1O0-150): 1, зависит от физических свойств расплава qpH те 4je p B туре г nHB B и для каждого конкретного припоя подбирается экспериментально методом адаптационной оптимизации. Наиболее сильНое влияние на соотношение плошадей поперечного сечения струи и ленты оказывают окружная скорость вращения диска 4о

Ц и скорость движения металла в струе Oz . Причем эти факторы являют.:;я взаимодействующими, т.е. эффект воз:,:йствия каждого из них зависит от уровHB к от ором HBxogHTGH второй е В об 45 ..:.м сцучае, увеличение или уменьшение одного из указанных факторов требует соответствующего увеличения ипи уменьшения другого. Остальные внешние факторы при указанных уровнях варьирования оказывают относительно слабое возцейс гвие на процесс.

Предлагаемый способ был опробован на ряде средне- и высокоплавких готовых промышленных припоев, которые в лигом массивном состоянии являются хрупкими ипи обладают незначительной пластичностью.

Марки припоев, их химический, состав, условия ведения процесса, при которых отношение 5< Sz находится в пределах (100-150): 1, и размеры получаемой ленты представлены в таблице.

Точность: регу ырования внешних. факторов составила D - +5% P -+ 20%;

hg + 10%3

+ 10%; Тр + 5%.

Били получены беэдефектные ленты припаев толщиной от 0,01 цо 0,05 мм, шириной от 10 до 30 мм, длиной до

L0 м. Получать ленты большей цл4ны и ширины не позволяли ограниченные размеры установки. Все п лученные ленты припоев имели аморфную или аморф окристаллическую стоуктуру и обладали высокой пластичностью. Технологические гробы на перегиб и загиб, проведенные согласно требованиям OCT 1688 и OCT

1683, показали, что все ленты выдерживают от 10 по 60 перегибов при радиусе зажимающих ленту губок 2 мм, а также загиб цо параллельности сторон вокруг оправки диаметром 1 мм.

Ленты припоев, полученные предлагаемым способом, наиболее целесообразно применять цля пайки соединений телескопического типа, т.е. высокая пластичносгь лент позволяет произвоцить их укладку в кольцевые зазоры ипи навивать на цилиндрические детали практически сколь угодно малого диаметра.

92 1739

Германий- АЙ-основа

» 1 6Е 31

- и-4,5

480 750

ПМФС6 См-основа

-О, 15 Р-5-8 и -1,5

А(-0,5

ll5

80 0,7 (4x20) (0,035х20) 725 1 150 25 1

" -основа

Сг-7, 1

Зс-4 5

0-2,9

СМ53

75 0,675 (5x15) (0,045х15) 110

10 45 1600 20 l

Fe-octtosa

Мо-15

Се-5

С -4

В -1

1 150 1750 35 1,5 30 0,2 (3x10) (0,02х10) ВПр-16 Ti- ЮC0 -C>

930 1500 30 1 5 25 0,25 100 (2,5х10) (0,025х10) Ti -65 6 25

Си-10

950 1500 25 15 375 03 (2,5х15) (0,02xlS) 125

Ti Сг Ctt

AcI- S

1 100 1750 15

ЛС-ТН

117

1050 1650 10 0,5 35 0,3 (3,5х10) (0,0 Зх 10) Материал цилиндра - медь

Температура цилиндра - 18-30 С.

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Ф ормула изобретения

Способ получения ленты припоя непре- 4s рывным литьем, вкгиочающий получение расплава припоя с посждуюшим непрерывным литьем его на холодную поверхность врашаюшегося кристаллизатора, о т л ич а ю ш и и с я тем, что, с целью полу- я чения пластичной структуры хрупких и малопластичных средне- и высокоплавких припоев, расплав перед литьем подверга ют перегреву на 40-60% выше температуры ликвидус, а жтье ведут струей, от у ношение площади поперечного сечения «о»

ВНИИПИ Заказ 2448/14

10 05 150 12 (5x30) (0,04хЗО) 1 30 25 120 (Зх10) (0,025х10) торой к плошади поперечного сечения ленты составляет (100»150): 1.

Источники информации, принятые во внимание при зкспертизе.l. Патент Англии М 118333S, кл. В 3 Я 04.03.70.

2. Патент США М 347528, кл. 2 -182.3, 10.03.68.

3. Германн Э. Непрерывное литье. Государственное наушо- техническое издание литературы по черной и цветной ме таллургии. М., 1961, с. 108 (прототип)

Тираж 1 1 5 1 Подписное