Увеличение содержания Со в механических смесях УДП состава Си—Со приводит к резкому снижению прочности сварных соединений.

Применение промежуточных слоев в виде смесей УДП из твердых растворов №—Си приводит к получению соединений, у которых предел прочности на 25.35% ниже, чем при сварке через механические смеси формиатов того же состава, но характер зависимостей сгв от состава смесей аналогичен.

Промежуточным слоям из твердых растворов №—Со и Си—Со соответствует наименьшая прочность соединений (св = 10. 35 МПа), причем с увеличением содержания Со прочность резко снижается.

Сравнивая кривые усадки пористых двухкомпонентных порошковых слоев (см. рис. 3.20—3.22) с ходом кривых предела прочности этих слоев (см. рис. 3.25) и сварных соединений (см. рис. 3.27), можно обнаружить их аналогичный характер. Это свидетельствует об идентичности процессов, происходящих как в самом порошковом слое, так и в зоне его взаимодействия со свариваемой поверхностью компактного материала.

Интенсифицировать процессы массообмена в зоне взаимодействия можно, изменяя внешнее усилие. Чем значительнее сварочное давление, тем выше уплотняемость промежуточного слоя, больше частиц порошка перемещается из него в зону соединения вследствие массообмена с низкой энергией активации и существеннее увеличивается прочность сварного соединения.

3.4.3- Влияние поверхностной энергии порошкоа на образование сварного соединения

Как отмечалось ранее, активность порошков при спекании и припекании к свариваемым поверхностям компактных материалов увеличивается с возрастанием их удельной поверхности 5уа, которая является своеобразным аккумулятором поверхностной энергии.

При диффузионной сварке образцов из стали 10895 достичь предела прочности сгв - 200 МПа можно, используя в качестве промежуточного слоя порошок карбонильного никеля ПНКОТ-1 (Л"ул = = 0,12 м2/г); при этом 7"= 900'С, /= 20 МПа и г = 30 мин.

Такой же предел прочности можно получить, сваривая образцы через промежуточный слой УДП никеля, изготовленного термическим разложением формиата (5Уа = 17 м2/г). Параметры процесса сварки таковы: Т= 600 °С, Р = 20 МПа и г= 30 мин. Снижение температуры процесса является следствием накопления поверхностной энергии в промежуточном слое УДП формиатного никеля, где ее запас больше, чем в слое из порошка карбонильного никеля.

Приближенно оценить затраты поверхностной энергии £„, накопленной в промежуточном слое УДП и выделившейся при сварке, можно по разности тепловой энергии

Е„ = О, - &,

где й и й2 — затраты тепловой энергии при температурах сварки 900 и 600 'С соответственно. При удельной теплоемкости вещества О 67 кДж/(кг-К) и его плотности 7800 кг/м3 расчет дает, кДж, й = = 26,58, й = 17,72 и Е„ = 8,86.

Если полученную энергию £п отнести к площади свариваемой поверхности (113 мм2), то найдем удельную поверхностную энергию, равную £ = 78,4 Дж/мм2. Это значительно больше удельной поверхностной энергии, отнесенной к одному ряду атомов кристалла ПДК в плоскости скола (111) и рассчитанной по формуле

£„"" = &HSN0/{4N),

где ДЯг — теплота сублимации металла; N0 — число атомов в плоскости скола (111) на 1 см2; /V— число двойных связей кристаллов.

Применительно к меди 5™ = 1,55 Дж/м2.

Существенное повышение плотности поверхностной энергии в УДП связано с возрастанием числа атомных связей вследствие увеличения и наличия различных искажений кристаллической решетки.

На рис. 3.28 представлена диаграмма распределения затрат поверхностной энергии £п при сварке через различные промежуточные слои на основе никеля — никелевую компактную фольгу 7, никелевый карбонильный порошок ПНКОТ-1 2 и УДП формиатного никеля 3, обеспечивающие равную прочность соединений (ов = = 200 МПа) при разных температурах сварки и при Р = const и г = = const. Очевидно, что при переходе от промежуточного слоя с минимальной поверхностной энергией (компактная фольга) к слою с более высокой поверхностной энергией (порошок карбонильного никеля и далее формиатного никеля) температура снижается с

Рис. 3.28. Диаграмма распределения затрат тепловой (О и поверхностной (£п) энергии по видам материалов промежуточного слоя, имеющих разную температуру сварки: ' — никелевая фольга; 2 — карбонильный никель; 3 — формиатный иикель