Микрорентгеноспектральный анализ переходной зоны диффузионных соединений фторопласта-4 с алюминиевым сплавом АМг6

Фролченков И.С.; Юрьева Г.Ю.; Семичева Л.Г.

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

УДК 621.791.4

Д. В. Смирнова, И. С. Поляков Научный руководитель - Л. Г. Семичева Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ПОВЫШЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПЕРЕДАЧИ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДАТЧИКА

В ПРОЦЕССЕ ДСВ

Повышение коэффициента передачи пьезоэлектрического датчика при использовании согласующего акустического слоя из фторопласта-4, который крепится к корпусу датчика диффузионной сваркой.

Пьезоэлектрические датчики уровня работают в условиях циклического изменения температур в диапазоне 93К...333К...93К, воздействия динамических нагрузок и агрессивной среды. Точность измерения уровня жидкости определяется коэффициентом передачи Кп, который определяется по формуле:

Кп, ^отр / UBоз,

где иотр - амплитуда отраженного сигнала, В; ивоз -амплитуда возбужденного сигнала, В.

Увеличение амплитуды отраженного сигнала можно обеспечить применением в конструкциях пьезодатчиков полуволнового или четвертьволнового акустического согласующего слоя из фторопла-ста-4, который крепится к металлическому корпусу из алюминиевого сплава АМг6. Фторопласт-4 хорошо акустически согласуется с пьезокерамикой и алюминиевым сплавом АМг6, имеет широкий диапазон рабочих температур и обладает высокой химической стойкостью ко всем растворителям. Однако в промышленности существует проблема получения качественных неразъемных соединений фто-ропласта-4 с металлами, способных сохранять работоспособность в экстремальных условиях.

Эта задача была решена применением диффузионной сварки в вакууме, которая широко применяется для соединения разнородных материалов. Учитывая низкую химическую активность фторопласта-4, для интенсификации процесса сварки использовали ультразвуковые колебания частотой 2 МГц. Сварку

производили на установке для диффузионной сварки СДВУ-50 М, оснащенной ультразвуковой системой. Перед сваркой поверхность корпуса из сплава алюминия АМг6 подвергали твердому анодированию в 18 % растворе И2804 для получения окисной пленки толщиной 40.60 мкм, затем свариваемые поверхности обезжиривали бензином Б-70 и обезвоживали спиртом-ректификатом. Сборку в приспособлении помещали в вакуумную камеру, создавали разрежение 0,1.0,5 Па, прикладывали сварочное давление 1,5 МПа, нагревали до температуры 658 К.673 К, озвучивали ультразвуковыми колебаниями частотой 2 МГц в течение 600 с, охлаждали со скоростью 0,15 К до температуры 573 К, снимали давление, камеру разгерметизировали и охлаждали сборку до нормальной температуры. В процессе сварки под влиянием температуры и ультразвука снижается вязкость фторопласта-4, который под действием ультразвукового капиллярного эффекта заполняет поры анодной пленки на сплаве АМг6. Это способствует прохождению сигнала в продольном направлении и соответственно увеличению амплитуды отраженного сигнала. Испытания пьезоэлектрических датчиков с согласующим слоем из фторопласта-4 показали, что коэффициент передачи датчиков Кп повышается на 20.25 %

УДК 621.791.4

И. С. Фролченков, Г. Ю. Юрьева Научный руководитель - Л. Г. Семичева Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

МИКРОРЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПЕРЕХОДНОЙ ЗОНЫ ДИФФУЗИОННЫХ СОЕДИНЕНИЙ ФТОРОПЛАСТА-4 С АЛЮМИНИЕВЫМ СПЛАВОМ АМг6

Методика проведения микрорентгеноспектрального анализа переходной зоны металлополимерных соединений с применением травления микрошлифов в плазме безэлектродного высокочастотного разряда.

Одним из основных процессов при диффузионной сварке разнородных материалов является процесс диффузии элементов контактируемых материалов, протекающий под воздействием сварочного давления, ультразвуковых колебаний и повышен-

ной температуры, сопровождающийся образованием переходной зоны. Для определения величины и химического состава переходной зоны соединения АМг6 + фторопласт-4 применяли микрорентгенос-пектральный анализ. Важным условием для получе-

Секция «Сварка летательных аппаратов»

ния достоверных результатов является высокое качество подготовки поверхностей исследуемых образцов.

Рис. 1. Зоны исследования микрорентгеноспектральным анализом

Учитывая значительную разницу физико-механических свойств исследуемых материалов, разработка методики исследований является важной задачей. Для проведения микроанализа сварных соединений алюминиевый сплав АМг6 + фторопласт-4 были подготовлены косые микрошлифы размером 3^2x3 мм, плоскость которых расположена под углом около 15° к плоскости соединения. Шлифы травили в плазме безэлектродного высокочастотного разряда, затем на поверхность фторопласта-4 напы-

ляли золото. Исследованию были подвержены две зоны протяженностью по 1500 мкм (рис. 1). Исследование переходной зоны проводили на установке «САМЕВАХ» и сканирующем электронном микроскопе Р8ЕМ-500Х с рентгеновскими микроанализаторами: энергодисперсионным «Edax 711» и волно-дисперсионным «МюгоБреБ» (для анализа легких элементов). Диаметр электронного зонда составляет 1 мкм.

Анализ распределения элементов в зоне соединения сплава АМг6 и фторопласта-4 был проведен на А1, Mg, О, С, Б, при этом локальность зондирования составляла 0,2 мкм.

Как показали исследования, алюминий, магний и кислород, входящие в состав сплава АМг6 и анодной пленки, имеют характерные изменения концентрации от переходной зоны соединения к сплаву АМг6. Кроме того, при сканировании луча в первой зоне (по поре в анодной пленке на сплаве алюминия АМг6 наблюдается всплеск концентрации углерода на границе со сплавом АМг6, а при сканировании по второй зоне - на границе с анодной пленкой (рис. 2). Это можно объяснить тем, что при температуре сварки под влиянием ультразвуковых колебаний частотой 2МГц становится возможным отрыв атомов фтора в приповерхностных слоях фторопласта-4 и диффузия углерода в сплав АМг6 на глубину до 70 мкм.

Таким образом, проведенный микрорентгенос-пектральный анализ позволил установить, что переходная зона соединения АМг6 + фторопласт-4 образуется в результате диффузии углерода в сплав алюминия АМг6 на глубину до 70 мкм.

Зона 1

Зона 2

АМгб А1203 Ф-4

А1

тА^С

Мд

С ^ \

—

бОмкм

£ о о

<о

с

АМе6 А1 А1203 Ф-4 к^Ди/Чр

/ 1

Мд «М

бОмкм

Расстояние Расстояние

Рис. 2. Распределение элементов в переходной зоне сварного соединения Ф-4+ АМг6

Библиографические ссылки

1. Биркс Л. С. Рентгеновский микроанализ с помощью электронного зонда : пер. с англ. / под ред. К. И. Нарбута. М. : Металлургия, 1970.

2. Семичева Л. Г., Новиков В. Г. Исследование переходной зоны сварных соединений фторопласта-4 с

металлами // Прогрессивные процессы сварки в машиностроении : сб. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. г. Красноярск, 1991. С. 193-194.

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Фролченков И. С., Юрьева Г. Ю., Семичева Л. Г.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Фролченков И. С., Юрьева Г. Ю., Семичева Л. Г.

Текст научной работы на тему «Микрорентгеноспектральный анализ переходной зоны диффузионных соединений фторопласта-4 с алюминиевым сплавом АМг6»