Б.А. Калин, В.Т. Федотов, О.Н. Севрюков,

А.Н. Сучков

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
Разработка быстрозакаленных припоев

для пайки вольфрама с ферритной сталью
Проведено исследование возможности применения быстрозакаленных припоев для пайки разнородных материалов. Разработаны составы и технология получения быстрозакаленных припоев для пайки вольфрама с ферритной сталью. Отработана технология пайки вольфрама с ферритной сталью с использованием полученных припоев. Проведено исследование микроструктуры паяного соединения до и после термоциклирования.
Проблема создания паяного соединения вольфрам – феррито-мартен­сит­ная сталь для дивертора термоядерного реактора ДЕМО заключается в сильном различие коэффициентов термического расширения этих материалов [1] (α (W) ~ 4 · 10^–6 К^–1 при температуре 20С, коэффициент термического расширения стали (α (EUROFER)) ~ (10 ÷ 12) · 10^-6 К^–1 при температуре 20С). В процессе работы реактора соединение будет подвержено термоциклированию, в следствие чего, в области спая будут появляться термонапряжения, которые могут привести к разрушению паяного соединения. Проведенные исследования показали, что пайку целесообразно проводить с использованием проставки со средним между вольфрамом и сталью коэффициентом термического расширения. В качестве такого материала подходит тантал (α (Ta) ~ 6,6 · 10^–6 К^–1 при температуре 20С).

С учетом вышесказанного были разработаны следующие припои: Ti_осн – 22,5% Cr – 7,5% V – 3,0% Be для пайки W – Ta и припои Fe_осн – 18,0% Ta – 8,0% Ge – 2,0% Si – 2,0% Pd – 3,5% B и Fe_осн – 21,5% Ni – 12,1% Ge – 12,4% Cr – 3,0% Si для пайки Ta - EUROFER. Разработанные припои были получены с использованием метода быстрой закалки на вращающийся диск.

С использованием полученных припоев были получены следующие паяные соединения: припоем Ti_осн – 22,5% Cr – 7,5% V – 3,0% Be проводилась пайка монокристаллический вольфрам – поликристаллический вольфрам; монокристаллический вольфрам – припой (Ti_осн – 22,5% Cr – 7,5% V – 3,0% Be) – Ta – припой (Fe_осн – 18,0% Ta – 8,0% Ge – 2,0% Si – 2,0% Pd – 3,5% B) – EUROFER и монокристаллический вольфрам – припой (Ti_осн – 22,5% Cr – 7,5% V – 3,0% Be) – Ta – припой (Fe_осн – 21,5% Ni – 12,1% Ge – 12,4% Cr – 3,0% Si) – EUROFER. Паяные соединения W – Ta – EUROFER подвергались термоциклированию – нагрев до 750С, выдержка в течение 20 минут и охлаждение до 20 ºС в среде аргона (100 раз).

Проведены структурные исследования паяных соединений W – W и W – Ta – EUROFER до и после термоциклирования. На рис.1 представлены структуры паяных соединений W – W и W – Ta –EUROFER.

а) б)
Рис. 1. Структуры паяных соединений: a) соединение W – W (монокристалл W справа), б) соединение W – Ta – EUROFER
Видно, что монокристалл вольфрама (рис. 1а) не растворяется в припое, в то время как полликристалический вольфрам подвержен растворению вследствие проникновения припоя по границам зерен. Сталь (рис. 2б) растворяется в припое Fe_осн – 18,0% Ta – 8,0% Ge – 2,0% Si – 2,0% Pd – 3,5% B, в то время как тантал не подвержен растворению в нем. Однако, он растворяется в припое Ti_осн – 22,5% Cr – 7,5% V- 3,0% Be с образованием новых фаз, доля которых растет с увеличением времени пайки.
Список литературы
1. Kalin B.A., Fedotov V.T., Sevrjukov O.N., Moslang A., Rohde M. Development of rapidly quenched brazing foil to joing tungsten alloys with ferritic steel. J. Nuclear Material. V.329-333. (2004) Р.1544–1548.