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

Д. М. Бачурина, аспирант, инженер, эл. почта: dmbachurina@mephi.ru
П. В. Морохов, ведущий инженер, эл. почта: morokhov@mail.ru
Р. С. Рассказов, студент, эл. почта: rasskazov_20000@mail.ru
О. Н. Севрюков, доцент, канд. техн. наук, эл. почта: sevr54@mail.ru
+Б. А. Калин (1935–2021)

Припой на основе меди марки СТЕМЕТ 1108 (система медь – олово – индий – никель) в настоящее время используют для соединения бронзы с вольфрамом, плакированным чистой медью, в конструкциях дивертора международного термоядерного экспериментального реактора (ITER, International Termonuclear Experimental Reactor, ИТЭР). Такие припои получают по технологии быстрого затвердевания расплава на быстровращающемся медном диске. При выплавке слитков для дальнейшего получения из них лент-припоев образуются поры, и происходит испарение индия. Все это может негативно сказываться на качестве конечной продукции. Для предотвращения образования пор предложено легирование слитков бериллием. Проведено исследование влияния бериллия на качество слитков и лент припоев. Представлены результаты исследования структурно-фазового состояния припоев методами электронной микроскопии и рентгеновской дифракции с использованием источника синхротронного излучения. Выявлено, что фазовые составы слитков и лентприпоев идентичны и состоят из ГЦК-твердых растворов на основе меди, а также содержат фосфид Cu3P. Ленты, содержащие бериллий, имеют меньшую толщину по сравнению с лентами, в состав которых бериллий не входит, тем не менее во всех случаях выявлено образование дендритной структуры по всей толщине лент. Показано, что легирование бериллием в диапазоне 0,05–0,1 % (мас.) приводит к существенной ликвидации пористости исходных слитков без ухудшения структурно-фазового состояния, кроме того, удается предотвратить испарение индия. Структурно-фазовое различие как легированных бериллием, так и нелегированных лент незначительно и заключается в особенностях дендритной структуры, при этом какие-либо заметные различия в фазовом составе отсутствуют.

1. Lavernia E. J., Srivatsan T. S. The rapid solidification processing of materials: Science, principles, technology, advances, and applications // Journal of Materials Science. 2010. Vol. 45, No. 2. P. 287–325.
2. Rabinkin A. Amorphous brazing foil at age of maturity // Proc. 3^rd Int. Brazing Solder. Conf. 2006. Vol. 2006. P. 148–156.
3. Kokabi D., Kaflou A. Phase transformation study during diffusion brazing of -TiAl intermetallic using amorphous Ni-based filler metals // Materials Science and Technology. 2020. Vol. 36, Iss. 15. P. 1639–1647.
4. Jiang C. Y., Li X. G., Wan G. et al. Microstructure evolution and mechanical properties of TiAl/GH536 joints vacuum brazed with Ti – Zr – Cu – Ni filler metal // Intermetallics. 2022. Vol. 142. 107468.
5. Giniyatulin R. N., Mazur I. V., Gervash A. A., Guryeva T. M., Kuznetsov V. E. et al. Overview of manufacturing technologies under development in Russia for ITER plasma facing components // Fusion Eng. Des. 2018. Vol. 136. P. 527–533.
6. Сучков А. Н., Калин Б. А., Федотов В. Т., Севрюков О. Н., Иванников А. А. Пайка разнородных материалов первой стенки и дивертора ИТЭР // Сборник материалов междунар науч.-практ. конф. «Пайка-2013», Тольятти, 10–12 сентября 2013 г. — Тольятти : ТГУ. — P. 245, 246.
7. Anestiev L. A. An analysis of the dependence between the ribbon dimensions and the technological parameters for the planar flow casting method // Mater. Sci. Eng. A. 1991. Vol. 131, Iss. 1. P. 115–121.
8. Ouyang G. et al. Effects of solidification cooling rates on microstructures and physical properties of Fe–6,5 % Si alloys // Acta Mater. Acta Materialia. 2021. Vol. 205. 116575.
9. Пискарёв П. Ю., Огурский А. Ю., Герваш А. А., Мазуль И. В. Подготовка к выполнению программы квалификации технологии вакуумной индукционной пайки бериллиевой облицовки компонентов реактора ИТЭР // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2018. Vol. 2018. № 8. С. 33–43.
10. Ivannikov A. A., Kalin B. A., Sevryukov O. N., Penyaz M. A. et al. Study of the Ni – Si – Be system as a base to create boronfree brazing filler metals // Science and Technology of Welding and Joining. 2017. Vol. 23, Iss. 3. P. 187–197. DOI: 10.1080/13621718.2017.1361668.
11. Lee J. G. et al. Brazing of Ti using a Zr-based amorphous filler // Solid State Phenom. 2008. Vol. 135. P. 131–134.
12. Komarov M. A. Brazing of beryllium with aluminium brazing alloys // Weld. International. 2017. Vol. 31, Iss. 10. P. 779–783.
13. Гусихин В. С., Огняков В. А., Андреева Л. П. Влияние качества поверхности припоя на свойства паяного соединения на примере припоя ВПР7 // Современные автомобильные материалы и технологии (САМИТ – 2019). Курск, 2019. С. 65–69.
14. Kalin B., Fedotov V., Sevryukov O., Plyusvhev A., Mazur I. et al. Be – Cu joints based on amorphous alloy brazing for divertor and first wall application // Journal Nucl. Mater. 1999. Vol. 271-272. P. 410–414.
15. Srinivas M. et al. Effect of planar flow melt spinning parameters on ribbon formation in soft magnetic Fe68.5Si18.5B9Nb3Cu1 alloy // Metall. Mater. Trans. B. 2011. Vol. 42, Iss. 2. P. 370–379.
16. Fedotov I., Suchkov A., Silva A., Dzhumaev P., Kozlov I. et al. Study of the microstructure and thermomechanical properties of Mo / graphite joint brazed with Ti – Zr – Nb – Be powder filler metal // Journal of Mater. Sci. 2021. Vol. 56, Iss. 19. P. 11557–11568.
17. Chen S. et al. Mechanism to reduce the porosity during argon arc welding of aluminum alloys by changing the arc angle // Metals. 2020. Vol. 10, Iss. 9. 1121.
18. Theisen E. A., Weinstein S. J. An overview of planar flow casting of thin metallic glasses and its relation to slot coating of liquid films // Journal of Coatings Technol. Res. 2022. Vol. 19. P. 49–60.
19. Yu A.-M. et al. The effect of the addition of In on the reaction and mechanical properties of Sn – 1.0Ag – 0.5Cu Solder Alloy // Met. Mater. Int. 2007. Vol. 13, Iss. 6. P. 517–520.
20. Гусаков С. В., Шепелевич В. Г., Гусакова О. В. Микроструктура и механические свойства фольги сплава Bi27In38Sn35, полученной высокоскоростным затвердеванием // Инженерно-физический журнал. 2021. Т. 94, № 2. P. 550–555.
21. Sharma A., Zadorozhnyy V. Review of the recent development in metallic glass and its composites // Metals. 2021. Vol. 11, Iss. 12. 1933.
22. Öztürk S., Sünbül S. E., İcin K. Effects of melt spinning process parameters and wheel surface quality on production of 6060 aluminum alloy powders and ribbons // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. 2020. Vol. 30, Iss. 5. P. 1169–1182.