1. Цель работы

Изучить закономерности диффузионной пайки на примере контактно-реактивной диффузионной пайки титана.

2. Особенности кристаллизации паяного шва

ПРИ ДИФФУЗИОННОЙ ПАЙКЕ

Диффузионная пайка характеризуется полной кристаллизацией жидкой фазы (припоя) в процессе изотермической выдержки при температуре пайки, обусловленной изменением химического состава последней, обычно в результате диффузионного взаимодействия с паяемым металлом.

Положительной особенностью диффузионной пайки является возможность управления структурой и свойствами соединений, что позволяет получать качественные паяные соединения даже в случае неблагоприятного взаимодействия припоя с основным металлом.

При соединении титана с титаном (или его сплавов) жидкая фаза (припой) образуется в результате контактно-реактивного плавления титана с тонкими прослойками меди или никеля (иногда вводят одновременно медь и никель).

Минимальная температура пайки определяется температурой плавления наиболее легкоплавкой эвтектики в системе титан – металл прослойки и должна быть выше ее на 10…15 °С.

Несмотря на то, что за счет развития диффузионных процессов можно при любой температуре пайки получить в паяном шве твердый раствор концентрации, обеспечивающей надлежащее качество соединений, практически имеет значение, какая фаза кристаллизуется в ходе изотермической выдержки. При упомянутой выше минимальной температуре пайки в системе титан-медь кристаллизуется интерметаллид, и в момент завершения процесса в соединении присутствует его сплошная прослойка. Это может привести к растрескиванию под действием внутренних напряжений. Поэтому целесообразно вести процесс при температурах, при которых кристаллизуется твердый раствор титан-медь. Минимальная температура кристаллизации раствора определяется по диаграмме состояния (рис. 1.8).

Считая, что диффузия идет в полубесконечное тело, и пренебрегая влиянием на градиент концентрации движения межфазной границы навстречу диффузионному потоку, выведено выражение для толщины закристаллизовавшегося слоя (рис. 1.9):

где х – толщина закристаллизовавшегося слоя, см;

С₂ – концентрация насыщенного твердого раствора (все концентрации следует брать в объемных долях меди);

D – коэффициент диффузии, см²/с;

t – время, с.

Время полной кристаллизации слоя толщиной определяется выражением:

где δ_ж – исходная толщина слоя жидкости концентрации C₁, см.

Более точный математический анализ с учетом влияния перемещения межфазной границы дает для рассматриваемого случая (Ti = Cu, 1000 °С) следующее значение времени полной кристаллизации: