, ,
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
Разработка быстрозакаленных
наноструктурных припоев для пайки узлов
дивертора термоядерного реактора
Проведена разработка и оптимизация химического состава сплавов систем медь-титан и медь-титан-бериллий для получения неразъемных паяных соединений монокристаллического вольфрама со сплавами меди. Отработана технология производства разработанных сплавов методом быстрого затвердевания на вращающемся диске-холодильнике. На основании результатов дифферененциально-термического анализа припоев, проведена предварительная оптимизация режимов пайки. Получены образцы паяных соединений монокристаллического вольфрама с бронзами различных типов. Проведены металлографические исследования, измерена микротвердость ряда паяных соединений.
В конструкции энергонапряженных узлов современных термоядерных реакторов (ТЯР) используются неразъемные соединения разнородных материалов. Их изготовление представляет собой довольно сложную инженерную задачу. Одним из способов её решения является применение высокотемпературной пайки быстрозакаленными наноструктурными припоями. Эти припои, как было показано в работе [1], обладают рядом преимуществ по сравнению со своими кристаллическими аналогами.
На основании анализа литературных данных и диаграмм состояния, для пайки вольфрама с бронзами были выбраны и исследованы сплавы следующих составов: Cu-28,0%Ti (масс.%) (СТЕМЕТ 1204) и модифицированный бериллием Cu-28,0%Ti-1,0%Be (масс.%) (СТЕМЕТ 1204М). Методом быстрого затвердевания расплава на вращающемся медном диске-холодильнике были получены сплавы разработанных составов в виде ленты шириной 10-20 и толщиной 0,04-0,05мм. На основании результатов высокотемпературного дифференциального термического анализа (рис. 1) было установлено, что оба сплава имеют предположительно аморфную структуру, о чем свидетельствуют экзотермические пики кристаллизации в интервале температур 400 — 405 ºС для сплава Cu-28,0%Ti (масс.%) и 425 — 435 ºС для сплава Сu-28,0%Ti-1,0%Be (масс.%). Были определены температуры плавления этих сплавов: для сплава Cu-28,0%Ti (масс.%) - Tsolid (при нагреве) = 875 ºС, Tliquid(при нагреве) = 900 ºС; для сплава Сu-28,0%Ti-1,0%Be (масс.%) - Tsolid (при нагреве) = 840 ºС, Tliquid(при нагреве) = 875 ºС. Модифицированный бериллием сплав имеет более термостабильную аморфную структуру (более высокая температура кристаллизации Tx) и более низкую температуру полного расплавления, однако интервал плавления у этого сплава на 10 ºС шире чем у сплава СТЕМЕТ 1204.
Полученными припоями была произведена пайка серии образцов монокристаллический вольфрам-бронза. Из результатов металлографических исследований был выявлен ряд закономерностей поведения легирующих элементов как паяемых бронз, так и припоев в процессе пайки. На рис. представлены микроструктуры и распределение титана соединений монокристаллический вольфрам – БрХЦр, паяных при Т=950 °С в течение а) 2 и б) 30 мин соответственно. Из рисунка следует, что с увеличением времени выдержки, титан, растворимость которого при 950 °С составляет » 5 масс.% [2], практически весь растворяется в бронзе и его концентрация в паяном шве стремится к нулю.
В результате измерения микротвердости швов паяных соединений не было выявлено заметного увеличения микротвердости. В дальнейшем планируется провести механические, термоциклические и внутриреакторные испытания паяных соединений.
Список литературы
1. Лякишева состояния двойных металлических систем: Д44. Справочник: В 3 т.: Т. 1/ Под общ. ред. – М.: Машиностроение, 19с.
2. , , Гольцев структурного состояния припоя на физико-механические свойства паяных соединений. – Сварочное производство, 2001, №8, с. 38-41.
