ПРИПОЙ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ
NICKEL BASED SOLDER

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение при изготовлении деталей горячего тракта газотурбинных двигателей, таких как направляющие аппараты компрессоров и сопловые аппараты турбин из деформированных и литых жаропрочных никелевых сплавов.
Известен припой на основе никеля, имеющий следующий химический состав, мас.%:
Хром
0-10,4
Железо
0-7,9
Бор
0,1-5,0
Молибден
2,88-4,8
Никель
Остальное
(Патент США 4801072)
Недостатками известного припоя являются большие значения эрозии при пайке деформированных жаропрочных никелевых сплавов, невысокий уровень прочности соединений.
Известен припой на основе никеля следующего химического состава, мас.%:
Хром
19,2-40,0
Железо
8,0-28,0
Молибден
1,0-7,9
Кремний
3,0-7,5
Кобальт
0,5-6,0
Ниобий
0,5-7,5
Титан
0,5-7,4
Алюминий
1,1-5,0
Никель
Остальное
(Патент РФ №2115528)
Недостатками известного припоя являются высокая эрозионная активность припоя и высокая температура пайки.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является припой на основе никеля, следующего химического состава, мас.%:
Хром
3,0-17,9
Железо
0,1-10,0
Молибден
0,5-6,0
Кобальт
0,1-10,0
Ниобий
0,1-2,9
Кремний
3,0-6,5
Бор
1,2-1,6
Титан
0,1-2,9
Марганец
0,1-2,0
Никель
Остальное
(Патент РФ №2278011)
Недостатками этого припоя являются низкие значения жаропрочности соединений при температуре до 800°С и относительно высокая эрозия припоя основных материалов при пайке деформированных и литых жаропрочных сплавов на никелевой основе.
Технической задачей изобретения является разработка припоя на основе никеля, обеспечивающего повышение жаропрочности соединений при температурах до 800°С и обладающего низкой эрозионной активностью при пайке жаропрочных никелевых сплавов.
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен припой на основе никеля, содержащий хром, железо, молибден, кобальт, ниобий, кремний, бор, титан, марганец, который дополнительно содержит алюминий и углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Хром
10,0-20,0
Железо
0,06-0,18
Молибден
1,5-6,0
Кобальт
2,5-6,5
Ниобий
1,5-4,0
Кремний
2,8-6,0
Бор
1,5-2,5
Титан
0,2-0,5
Марганец
0,8-1,0
Алюминий
0,2-0,5
Углерод
0,01-0,2
Никель
Остальное
Введение алюминия и углерода при заявленном содержании и соотношении компонентов обеспечивает создание припоя, обеспечивающего повышение жаропрочности соединений при температурах до 800°С и обладающего низкой эрозионной активностью при пайке жаропрочных никелевых сплавов.
Примеры осуществления
Предлагаемый припой и припой-прототип выплавляли в вакуумной индукционной печи с тиглем на 4-4,5 кг сплава. В таблице 1 представлены составы предлагаемого припоя (примеры 1-3) и припоя-прототипа.
Эрозионную активность припоя (растворение припоем основного материала) оценивали на основании результатов взаимодействия припоев со сплавами ЭК79 и ВЖ172 по ГОСТ 21549-76 «Пайка. Метод определения эрозии паяемого материала».
Температуру пайки образцов из сплавов ЭК79 и ВЖ179 определяли методом дифференциального термического анализа на установке ДТА-7.
Жаропрочность (прочность соединений на срез) при 800°С определяли на образцах телескопических соединений, изготовленных из заготовок сплавов ЭК79 и ВЖ172. Образцы из сплава ЭК79 изготавливали в виде стержня с диаметром рабочей части 5 мм, а ВЖ172 - в виде втулки. Величина нахлестки составляла 5 мм. Припой в виде кусочков укладывался вблизи зазоров соединений. Результаты сравнительных испытаний приведены в таблицах 2 и 3.
Таблица 1
№ п/п
Cr
Fe
Mo
Со
Nb
Si
В
Ti
Mn
Al
С
Ni
1
10,0
0,12
3,5
2,5
2,7
6,0
1,5
0,2
0,9
0,3
0,2
ост.
2
20
0,18
6,0
6,5
1,5
4,4
2,0
0.5
0,8
0,5
0,01
ост.
3
15,0
0,06
1,5
4,5
4,0
2,8
2,5
0,3
1,0
0,2
0,12
ост.
Прототип
12
5,5
3,5
4,5
1,1
3,5
1,5
1,6
1,5
-
-
ост.
Таблица 2
№ п/п
Температура пайки, °С
Эрозионная активность, % (сплав ЭК79)
Эрозионная активность, % (сплав ВЖ172)
1
1070-1080
0
2
2
1065-1070
3
0
3
1065-1080
3
0
Прототип
1070-1080
22
34
Таблица 3
№ п/п
Прочность паяных соединений на срез, кгс/мм<sup>2</sup> при температуре испытаний 20°С
Прочность паяных соединений на срез, кгс/мм<sup>2</sup> при температуре испытаний 800°С
1
32,0-35,0
18,0-22,0
2
33,0-36,0
19,0-21,0
3
30,0-36,0
19,0-23,0
Прототип
30,0-33,0
10,5-11,0
Из приведенных результатов следует, что жаропрочность соединений при 800°С повысилась почти в 2 раза, а эрозионная активность предлагаемого припоя понизилась в сравнении с прототипом в 7-15 раз.
Использование предлагаемого припоя позволит увеличить надежность паяных соединений и уменьшить брак при пайке.