Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Москва, Россия:

А. А. Иванников, доцент кафедры «Физические проблемы материаловедения», канд. техн. наук, эл. почта: AAIvannikov@mephi.ru
А. В. Абрамов, студент, эл. почта: xxxzx@mail.ru
О. Н. Севрюков, доцент кафедры «Физические проблемы материаловедения», канд. техн. наук
А. Н. Сучков, доцент кафедры «Физические проблемы материаловедения», канд. техн. наук
+Б. А. Калин (1935–2021)

Исследованы сплавы на основе системы Al – Ge – Si с содержанием германия до 40 % (мас.), перспективные для применения в качестве припоев при соединении коррозионностойких сталей с высокопрочными алюми ниевыми сплавами. Из слитков сплавов получены ленты толщиной 55 ± 5 мкм по технологии сверхбыстрой закалки. Систематически исследованы свойства сплавов в виде слитков и лент. Определено влияние термообработки на свойства слитков и лент. Отработаны наиболее оптимальные режимы термообработки лент для достижения необходимых пластических характеристик. Получены паяные соединения однородных и разнородных материалов. Рентгенофазовый анализ и данные электронной микроскопии показали, что быстрозакаленные ленты обладают однородной структурой и содержат эвтектику, состоящую из твердых растворов (Al, Ge) и (Si, Ge), а также метастабильное соединение Al6Ge5. Слитки сплавов состоят из двух эвтектик: первая включает в себя твердые растворы (Al, Ge) и (Si, Ge), вторая — твердый раствор (Al, Ge) и твердый раствор на основеGe. Ленты обладают нанокристаллической структурой. На основании измерений микротвердости и пластичности лент выбран оптимальный режим термического воздействия (300 ^oC/10 мин). Для оценки применимости исследуемых сплавов в качестве припоев проведены пилотные эксперименты по пайке алюминиевого сплава AA6082 и коррозионностойкой стали AISI 304 и созданию их разнородного соединения. Металлографические исследования показали целостность и отсутствие дефектов во всех паяных соединениях.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Немецкого научно-исследовательского сообщества в рамках научного проекта № 21-52-12026.

1. Dilthey U., Stein L. Multimaterial car body design: challenge for welding and joining // Science and Technology of Welding and Joining. 2006. № 2. P. 135–142.
2. Sierra G., Peyre P., Beaume F. D., Stuart D., Fras G. Steel to aluminium braze welding by laser process with Al –12 Si filler wire // Science and Technology of Welding and Joining. 2008. № 5. P. 430–437.
3. Chang S. Y., Tsao L. C., Li T. Y., Chuang T. H. Joining 6061 aluminum alloy with Al – Si – Cu filler metals // Journal of alloys and compounds. 2009. Vol. 1. P. 174–180.
4. Fedorov V., Uhlig T., Wagner G. Investigation of fatigue damage in aluminum/stainless steel brazed joints // Welding in the world. 2018. № 3. P. 609–616.
5. Fedorov V., Uhlig T., Podlesak H., Wagner G. Microstructural study of Al – Ag – Cu – Si filler metal for brazing high-strength aluminum alloys to stainless steel // Metals. 2020. № 12. P. 1563–1571.
6. Velu P. K. Study of the effect of brazing on mechanical properties of aluminum alloys for automotive heat exchanges. Master’s Thesis. — Indianapolis : Purdue University, 2017. — 92 p.
7. Ouyang J., Yarrapareddy E., Kovacevic R. Microstructural evolution in the friction stir welded 6061 aluminum alloy (T6-temper condition) to copper // Journal of materials, processing and technology. 2006. № 1. P. 110–122.
8. Kumar Das S., Kumar Bhattacharya D. Corrosion failure of Zn – Al detonator housing // Engineering Failure Analisys. 2003. № 6. P. 639–643.
9. Niu Z., Huang J., Yang H., Chen S., Zhao X. Preparation and properties of a novel Al – Si – Ge – Zn filler metal for brazing alumi num // Journal of Materials, Engineering and Performance. 2015. № 6. P. 2327–2334.
10. Hayes F. H., Longbottom R. D., Ahmad E., Chen G. On the Al – Si, Al – Ge, and Al – Ge – Si systems and their application to brazing in high power semiconductor devices // Journal of Phase Equilibria. 1993. № 4. P. 425–431.
11. Niu Zh., Huang J., Chen S., Zhao X. Effects of germanium additions on microstructures and properties of Al – Si filler metals for brazing aluminum // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016. № 3. P. 775–782.
12. Xu R., Zhao H., Li J., Liu R., Wang W. K. Microstructures of the eutectic and hypereutectic Al – Ge alloys solidified under diffe rent pressures // Materials Letters. 2006. № 6. P. 783–785.
13. Степанов В. В. Разработка припоев системы Al – Si – Ge для повышения прочности паяных конструкций из алюминиевых сплавов. — М. : МАТИ, 2004. — 122 с.
14. Zhang Y., Gao T., Liu X. Influence of Ge content on the microstructure, phase formation and microhardness of hypereutectic Al – Si alloys // Journal of Alloys and Compounds. 2014. № 1. P. 442–447.
15. Dai W., Xue S. B., Lou J. Y., Lou Y. Bin, Wang S. Q. Torch brazing 3003 aluminum alloy with Zn – Al filler metal // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2012. № 1. P. 30–35.
16. Лякишев Н. П. Диаграммы состояния двойных систем : cправочник. — М. : Машиностроение, 1996. — 448 с.
17. Калин Б. А. и др. Разработка и применение быстро закаленных припоев для прецизионной пайки разнородных материалов атомной техники. — M. : МИФИ, 2005. — 6 с.
18. Калин Б. А., Федотов В. Т., Севрюков О. Н. Разработка и применение быстрозакаленных сплавов для пайки и плакирования конструктивных элементов атомной техники. — M. : МИФИ, 2005. — 8 с.
19. Schubert T., Löser W., Teresiak A., Mattern N. еt al. Preparation and phase transformations of melt-spun Al – Ge – Si brazing foils // Journal of Materials Science. 1997. № 8. P. 2181–2189.
20. Деркаченко Л. И., Корчунов Б. Н., Никаноров С. П., Осипов В. Н. и др. Структура, микро твердость и прочность направленно закристаллизованного сплава Al – Ge // Физика твердого тела. 2014. № 1. С. 7–10.
21. Nikanorov S. P., Burenkov Y. A., Volkov M. P., Gurin V. N. еt al. Elastic and microplastic properties of Al – Si/Ge alloys obtained from levitated melts // Materials Science and Engineering. 2006. № 1. P. 449–453.
22. Ivannikov A., Fedorov V., Abramov A., Penyaz M. еt al. Development of rapidly-quenched Al – Ge – Si filler alloys for the joining of stainless steel AISI 304 and aluminum alloy // Metals. 2021. № 1. P. 1926–1942.
23. ГОСТ 11069–2019. Алюминий первичный. Марки. — Введ. 01.06.2020.
24. ГОСТ 9450–76. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников. — Введ. 01.01.1977.
25. ГОСТ 13813–68. Металлы. Метод испытания на перегиб листов и лент толщиной менее 4 мм. — Введ. 01.01.1969.