Пайка молибдена

Удачное сочетание комплекса ценных физико-механических и коррозионных свойств делает этот металл одним из основных конструкционных материалов новой техники. Молибден имеет Т_пл = 2622 °С; его плотность почти вдвое меньше, чем у вольфрама. Из него можно выполнять конструкции, работоспособные до 2000 °С. Молибден имеет высокую коррозионную стойкость против атмосферной коррозии. Однако он, так же как и вольфрам, сильно окисляется и без специальных покрытий не может работать при высоких температурах в воздушной атмосфере. Основное затруднение при пайке молибдена возникает из-за большого сродства его к кислороду, а также склонности к росту зерна при высоких температурах.

Температура рекристаллизации молибдена (850...1220 °С) зависит от многих факторов и в первую очередь от степени деформации и чистоты. При переходе через порог рекристаллизации молибден становится хрупким, что необходимо учитывать при выборе припоя для его пайки. Кроме того, молибден имеет небольшой температурный коэффициент линейного расширения (α = 5,6 * 10^-6 °С^-1), что отличает его от металлов и сплавов, с которыми он обычно соединяется при пайке (медь, никель, железо). По этим причинам пайку молибдена необходимо производить в глубоком вакууме или среде аргона, тщательно очищенного от кислорода и паров воды, с применением высоких скоростей нагрева. Перед пайкой молибдена должна быть полностью удалена оксидная пленка путем погружения его в расплав, состоящий из 70 % NaOH и 30 % Na₂CO₃, при температуре не выше 400 °С или с помощью электролитического травления в 80 %-ном водном растворе серной кислоты при 50 ... 60 °С.

В качестве припоев для пайки молибдена пригодно большинство припоев, рекомендованных для пайки вольфрама. Например, припой, содержащий 80 % Ni, 14 % Сr и 6 % Fe, обеспечивает получение паяного соединения с пределом прочности на срез 132 МПа при 980 °С.

Если пайку производят при температуре выше температуры рекристаллизации молибдена (около 1100 °С), то время его выдержки при пайке должно быть минимальным. Для пайки молибдена со сталью рекомендуется припой на медной основе состава: 10 % Ni, 10 % Мn. 2...3 % Сr, 1...2 % Fe, 0,5 % Si. При пайке со сталью 12Х18Н9Т предел прочности паяного соединения при 600°С составляет 220...230 МПа.

Для пайки молибдена применяют припои системы золото-никель, обеспечивающие получение надежных паяных соединений; в массовом производстве из-за дефицитности золотые припои применяют редко. Для пайки, например, меди с молибденом используют припой ПСр72 или чистое серебро. Для улучшения растекаемости серебряных припоев молибден покрывают никелем и медью. Толщина никелевого слоя не должна быть больше 3 мкм, медного - 3...4 мкм; при большей толщине возможно отслаивание покрытия. Для улучшения сцепления никелевого покрытия с молибденом производят термическую обработку в вакууме при 950...1000 °С. Кроме того, детали из молибдена перед никелированием отжигают в вакууме при 950...1000 °С с выдержкой 10...15 мин.

Растекаемость серебряных припоев ПСр72 и чистого серебра по молибдену улучшается при введении в них 1...2 % фосфора.

Для пайки молибдена в качестве припоя можно применять чистую медь. Однако медь плохо смачивает и растекается по поверхности молибдена. Для улучшения смачивающей способности медь легируют кобальтом, железом, марганцем, никелем, кремнием, палладием. Количество легирующих добавок в медных припоях строго регламентируется и не должно превышать 4...5%. Ограничение вызвано тем, что все названные добавки, кроме палладия, образуют с молибденом хрупкие интерметаллиды, которые кристаллизуются на границе раздела и ослабляют прочность соединения. При пайке молибдена чистой медью необходимо строго соблюдать режим пайки: температура 1100°С, выдержка 20 мин. Увеличение температуры и выдержки приводит к расширению хрупкой диффузионной зоны и снижению прочности соединения.

Молибден можно паять и чистым никелем. Никель наносят на молибден гальваническим способом или в виде фольги. Пайку производят в вакууме 10^-2 - 10^-3 Па при 1350 °С, т.е. выше температуры образования эвтектики, с поджатием деталей давлением 15 МПа, с выдержкой при температуре пайки 2...6 ч.

При таком режиме происходит полное растворение никеля в молибдене с образованием твердого раствора, в швах не образуется хрупких зон и соединения выдерживают многократные нагревы до 2600 °С.

Для пайки молибдена используют припои на основе титана, ванадия, хрома, тантала. Так, соединение молибденовых деталей - фланца с тепловой трубой системы ядерного реактора, осуществляют в вакууме при температуре 1750 °С припоем состава V-35%Ti. Если сборочный зазор соединяемых деталей не превышает 0,05 мм, то паяные швы могут успешно работать до температуры 1397 °С. Для эксплуатации соединений выше этой температуры рекомендован припой, состоящий из механической смеси порошков молибдена и ванадия (50 : 50). При пайке в вакууме этим припоем при температуре 2257 °С образуются герметичные соединения, способные работать до температуры 1597 °С и противостоять воздействию агрессивных теплоносителей.

Для соединения молибденовых деталей можно использовать и чистый ванадий, при пайке которым в вакууме при температуре 1512 °С и сборочном зазоре 0,025 мм образуются плотные соединения с прочностью до 35 МПа. Хорошую стойкость в расплавах (Т = 700...800 °С) Na, Li и Bi показали соединения, паянные в вакууме при температуре 1050 ... 1175 °С припоями на основе железа: Fe-4C-1B; Fe-15Mo-5Ge-4C-1B; Fe-25Mo-4C-1B.

Соединения молибдена, паянные легкоплавкими оловянно-свинцовыми припоями с применением флюсов на основе водного раствора хлористого цинка, могут работать при температурах не более 150 °С. Для пайки соедйнений молибдена, работающих при температурах 650 °С, применяют припои: Ag-P; Ag-Cu; Ag-Cu-Ni-Li. Пайку производят погружением в расплавленный припой или газовой горелкой.

По материалам: "Справочник по пайке". Под ред. И.Е. Петрунина. -М., Машиностроение, 2003