Труды КНЦ (Технические науки вып.2/2023(14))

Важной характеристикой при соединении разнородных материалов является коэффициент термического расширения. Измерения проводили дилатометрическим методом на образцах диаметром 5 мм и высотой 10 мм в интервале до 150 °С и скорости нагрева 1,0 град/мин с использованием кварцевого пьезодатчика и автоматической регистрацией кривой деформации. Установлена линейная зависимость изменения длины от температуры. Для приведенных выше составов коэффициент линейного термического расширения лежит в интервале (15-25) •10-6град-1и существенно зависит от температуры термообработки для затвердевания. Введение в состав ДТК диоксида кремния (SiO 2 ) позволяет варьировать коэффициент термического расширения в интервале от 14-10-6 (для состава Ga-In-Sn-Ag-Cu-10 % SiO 2 ) до 24,4-10-6 (для 16,1Bi-8,0Pb-8,0In-4,4Sn-2,5Cd-1,1Ga-60,0Cu) град-1. Замена медного порошка на железный также снижает коэффициент термического расширения состава до 13,2-10-6град-1. Большой объём исследований был проведен на образцах из титана (ВТ-23) и нержавеющей стали (марки Х18Н10Т) для заделки дефектов литья типа пор в подготовленных изделиях после прохождения окончательной механической обработки. Крышки после «залечивания» испытывались на герметичность давлением 190 кгс/см2. Гарантия неизменности поверхности после заделки пор и раковин 18 лет. Рекомендованы составы, мас. %: Bi 16,1-18,1; Pb 8,0-9,0; In 8,0-9,0; Cd 2,5-2,6; Sn 4,4-5,0; Ga 1,0-1,3, Cu 60-55 (точность взвешивания ± 0,05 г). Временное сопротивление разрыву (не менее 35 МПа) определялось на образцах-свидетелях размером 4 * 4 * 4 мм, выполненных на тех же составах. Хранение приготовленных композиций в твердом состоянии при комнатной температуре не более одной недели. Растворимость галлия в сплаве Вуда (мас. %: 50,0 -Bi; 25,0-Pb; 12,5-Sn; 12,5-Cd при 20 °C) равна 0,75 ± 0,05 % [7]. Многокомпонентные составы с низким содержанием галлия (например, Bi — 19,7; Pb— 9,8; In— 9,8; Sn— 5,4; Cd— 2,8; Ga— 1,3; Ni — 13,3; Cu— 37,9) можно использовать для соединений в виде ленты, которую готовят прокаткой на вальцах с использованием фторопластовых пластин. Матрица на основе галлиевого сплава В отличие от бинарных систем галлия в системе Ga-In-Sn при температурах, близких к плавлению, установлено существенное взаимодействие между компонентами [8, 9]. Плавление эвтектического состава (76,0-Ga; 12,5-Sn; 20,5-In) происходит при температуре 10,6 °С, причём сплав легко переохлаждается. Галлий хорошо смачивает многие металлы и сплавы, и этим можно воспользоваться путем электрохимического осаждения его на электропроводящие поверхности. Электрохимическое галлирование можно проводить из щелочного натрий-галлатного раствора (NaOH 50-180, Ga 10-60 г/дм3) или сернокислого электролита (Ga 2 (SO 4 )3 — 120-200; Na2SO4 — 150-190; H 2 SO 4 до 55 г/дм3). Режим работы электролизера: температура 30-50 °С, плотность тока подбирается визуально, чтобы за определённое время получить нужное покрытие, анодом могут служить галлий, никель или нержавеющая сталь. Избыточный галлий стекает на дно электролизера. Для соединений ДТК деталей удобно использовать состав, мас. %: Ga — 23,4; Sn — 4,4; In — 7,2; Cu — 65. Время технологичности пасты до 1 ч. Приготовленную пасту в ампуле амальгамосмесителя можно разделить на небольшие порции и заморозить при температуре -5 ... -10 °С. Замороженная паста может сохраняться при этой температуре в течение нескольких недель. Использование замороженной пасты осуществляется после её прогрева при температуре 40-50 °С. Если поверхность соединяемых деталей предварительно не галлировалась, то смачивание проводится небольшим количеством приготовленной пасты с помощью ультразвукового паяльника или специального инструмента (вручную). Наносимый слой пасты должен покрывать деталь равномерно. Смешение порошка Cu + Sn (ТУ 48-1318-03-89) с частицами < 40 мкм и матрицы сплава (Ga-In-Sn) приводит к образованию ИМС CuGa 2 , олово выделяется в виде отдельной фазы с образованием кристаллов размером меньше 1 мкм. Если пасту не подвергать термообработке, то через 2-3 ч после смешения появляется промежуточная фаза твёрдого раствора галлия в олове, которая через 5-6 ч исчезает с образованием конечного продукта — In 3 Sn. Взаимодействие твёрдого раствора индия в меди с матрицей через несколько часов даёт фазу InSn 4 , кристаллизующуюся монокристаллами. Активация состава [3] позволяет получать материал, пригодный для пломбирования жевательной группы зубов в стоматологии (патент РФ № 2024251). Предложенный материал «Металлодент-С» обладает хорошими адгезионными свойствами и прочностью, превышающей пределы пломбировочных амальгам (Degussa, Германия; ССТА-01, РФ). Прочность «Металлодента-С» через 1 ч — 160 МПа, через 24 ч — 400 МПа. Состав ДТК можно привести к нужному коэффициенту термического расширения путём введения наполнителей с низким КТР, например циркония или гафния (их КТР 5,1-5,8-10-6 град-1). Соединения диванодатов меди или цинка обуславливают отрицательный или близкий к нулевому объёмы Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 2. С. 160-166. Transactions of the Kola Science Centre of RA s . Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 2. P. 160-166. © Медянкина И. С., Скачков В. М., Пасечник Л. А., Сабирзянов Н. А., 2023 164