Возможность снижения роста интерметаллидной прослойки при пайке стали припоями системы медь–фосфор

Abstract

Паяные соединения широко применяются при создании конструкций в разных отраслях промышленности. Их эксплуатационные свойства зависят от надежности работы паяных соединений. Одной из причин низких свойств паяных конструкций является образование сплошных непрерывных прослоек хрупких интерметаллидных соединений вдоль границы раздела паяный шов–паяемый металл. В данной работе рассмотрены некоторые закономерности формирования фосфидов железа при пайке стали припоями на основе системы медь–фосфор. На основании литературных данных и термодинамических расчетов предпринята попытка снизить скорость их образования и роста за счет легирования марганцем, титаном, никелем. При взаимодействии паяемого металла с жидким припоем на межфазной границе могут протекать два взаимно противоположных процесса: растворение твердого металла в жидком и диффузия атомов жидкого металла в твердый с образованием химических соединений. Исследование фазового и химического состава зоны взаимодействия показало, что она состоит из твердого раствора на основе меди и фосфидов Fe₂P и FeP, образующихся на границе раздела в виде непрерывной прослойки. Термодинамическая вероятность образования фосфидов подтверждена расчетом изобарно-изотермического потенциала соответствующих реакций. Изучение фазовых равновесий и взаимной растворимости компонентов и соединений разреза Fe₂P–Cu₃P–Ni четверной системы Fe–Ni–Cu–P показало, что никель и его фосфиды, могут образовывать непрерывные твердые растворы как с железом, так и с медью. Подобие кристаллических решеток медного раствора и фосфида железа и их параметров указывают на то, что введение Ni в медно-фосфорный припой при пайке будет способствовать их растворению в паяном шве.

Brazed joints are widely used in development of structures in the different branches of industry. Their service properties depend on safety of the brazed joints. One of the reasons of low properties of the brazed structures is formation of the solid continuous interlayers of brittle intermetallic compounds along seam–brazed metal interface. This work studies some dependencies of formation of iron phosphides in steel brazing using Cu–P filler metals. Using the reference data and thermodynamic calculations it was an attempt to reduce their growth and rate of formation by means of manganese, titanium and nickel alloying. Interaction of metal being brazed with brazing filler metal can provoke two mutually antithetic processes at the interface, namely dissolving the solid metal in the liquid, and diffusion of atoms of the liquid metal in the solid one with formation of chemical compounds. Investigation of phase and chemical composition of interaction zone showed that it consists of a Cu-based solid solution and Fe₂P and FeP phosphides, forming at the interface in form of continuous interlayer. Thermodynamic possibility of phosphide formation is verified by calculation of Gibbs thermodynamic potential of corresponding reactions. Study of phase equilibriums and mutual solubility of components and compounds of Fe₂P–Cu₃P–Ni section of tetradic system Fe–Ni–Cu–P showed that nickel and its phosphides can form the continuous solid solutions with iron as well as copper. Similarity of the crystal lattices of copper solution and iron phosphide and their parameters indicate that introduction of nickel to Cu–P brazing filler metal will provide their solving in a brazed seam.