The diffusive barriers in copper with austenitic steel joint brazed with Cu-P-Ag filier metal

• Autorzy: Mirski Z. , Granat K. , Prasałek A.

Warianty tytułu

PL

Bariery dyfuzyjne w lutowaniu twardym miedzi ze stalą austenityczną przy użyciu spoiwa typu Cu-P-Ag

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This work presents problems resulting from brazing of copper with austenitic steel type 18/9 (18/10). Both metals show considerable differences in physical-chemical and mechanical properties, which demonstrate essential influence on the properties of brazed joints, particularly with the use of filier metals based on Cu-P (+Ag). Brazed joints of copper with austenitic steel with the use of L-Agl5P (CP 102 according to PN-EN 1044) silver filier metal with phosphorus have been madę. Brazing of different kinds of steel as well as nickel and its alloys with this filier metal is forbidden because of creation on fragile reactionary phases at the boundary of brazed joint on steel side (nickel). However, considering cases of application of this group of filier metals on Cu-P (+Ag, Sn) matrix for steel brazing, a diffusive barrier on Cr-Ni (18/10) steel surface should be created, preventing formation of the fragile intermetallic Fe2P and Ni2P phases. It has been achieved by putting on a galvanized coat of copper of up to 50 µm thickness. Considering the Cu coat adhesion to steel surface, its surface was developed by chemical etching. Basing on surface roughness tests' results, etching parameters have been selected, suitable for correct joint of copper galvanized layer with steel, from the point of view of mechanical adhesion. Research results have been presented basing on microscopic observations with the use of light microscopy, electron microscopy and the analysis of chemical elements with EDX method, micro-hardness measurements as well as static shear test of the obtained brazed joints.

PL

W pracy przedstawiono problemy wynikające z lutowania twardego miedzi ze stalą austenityczną typu 18/9 (18/10). Obydwa metale wykazują znaczne różnice we właściwościach fizykochemicznych i mechanicznych, które mają istotny wpływ na właściwości złączy lutowanych wykonanych szczególnie przy użyciu spoiw na bazie Cu-P (+Ag). Wykonano połączenia lutowane miedzi ze stalą austenityczną z użyciem lutu srebrnego z fosforem gat. L-Agl5P (CP 102 wg PN-EN 1044). Lutowanie tym lutem różnorodnych stali oraz niklu i jego stopów jest zabronione z uwagi na tworzenie się kruchych faz reakcyjnych na granicy połączenia lutowanego od strony stali (niklu). Z uwagi jednak na przypadki stosowania tej grupy lutów na osnowie Cu-P (+Ag, Sn) do lutowania stali należy stworzyć barierę dyfuzyjną na powierzchni stali Cr-Ni (18/10), uniemożliwiającą tworzenie się kruchych faz międzymetalicznych typu Fe2P i Ni2P Zrealizowano to przez nałożenie powłoki galwanicznej z miedzi o grubości dochodzącej do 50 µm. Mając na uwadze przyczepność powłoki Cu do powierzchni stali rozwinięto jej powierzchnię przez trawienie chemiczne. Na podstawie wyników chropowatości powierzchni, wybrano parametry trawienia, właściwe dla poprawnego połączenia warstwy galwanicznej miedzi ze stalą z punktu widzenia adhezji mechanicznej. Wyniki badań przedstawiono na podstawie obserwacji mikroskopowych za pomocą mikroskopii świetlnej, mikroskopii elektronowej i analizy pierwiastków metodą EDX, pomiarów mikrotwardości oraz statycznej próby ścinania wykonanych połączeń lutowanych.

Słowa kluczowe

EN

heteronymous metals; brazing; copper-phosphorous filier metals; diffusive barrier (Ni, Cu); metallographic investigations; micro-hardness; mechanical strength

PL

lutowanie twarde; lut srebrny z fosforem; bariera dyfuzyjna; badania metalograficzne; mikrotwardość; wytrzymałość mechaniczna

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 53, iss. 4
• Strony: 1035--1046
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Mirski Z.

autor

Granat K.

autor

Prasałek A.

• INSTITUTE OF PRODUCTION ENGINEERING AND AUTOMATION, TECHNICAL UNIVERSITY OF WROCŁAW, 50-370 WROCŁAW, WYBRZEŻE WYSPIAŃSKIEGO 27, POLAND

Bibliografia

• [1] K. Mirski, K. Granat, A. Bulica, Problemy występujące przy spajaniu miedzi ze stałą kwa-soodporną (Problems with copper with acid-resistant steel joining); VII Scientifically - Technical Confer-ence, Problems and Innovations in Energetic Repairs PIRE 2005; OBR of Economy of Redecorating En-ergetics Publ., p. 211-222, Szklarska Poręba (2005) (in Polish).
• [2] Z. Mirski, K. Granat, A. Winiowski, A. Bulica, Porównanie metod spajania miedzi ze stalą austenityczną (The comparison of methods of copper joining with austenitic steel); Inżynieria Materiałowa 3, 205-208 (2006) (in Polish).
• [3] Z. Mirski, K. Granat, A. Prasałek, Lutowanie twarde miedzi ze stalą chromowo - niklową w instalacjach chłodniczych (The brazing of copper with chromic-nickelic steel in cooling installations), Polski Instalator 9, 72-76 (2007) (in Polish).
• [4] W. Włosiński, The joining of advanced materials, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa (1999).
• [5] R. Kulig, K. Rzuchowski, W. Biecek, A. Wollman, Metale nieżelazne, (Non-ferrous met-als), Ref. book; METALE Publ., Promotion Agency, Wrocław (2004/2005) (in Polish).
• [6] MESSER GRIESHEIM GmbH - Schweissen von Kupfer und Kupferlegierungen mit Messer Griesheim Zusatzwerkstoffen (Welding of copper and copper alloys by additional Messer Griesheim materials), Book 5, Frankfurt n / Men, Company Materials (in German).
• [7] M. Tokarski - Metaloznawstwo metali i stopów nieżelaznych w zarysie (The metallography of met-als and the non-ferrous alloys in outline); Silesia Publ.; Katowice (1985) (in Polish).
• [8] PN-EN 10088-1 - Stale odporne na korozje, Gatunki (Steels resistant on corrosions, Species), My 1998 (in Polish).
• [9] Z. Mirski, Sterowanie szerokością szczeliny lutowniczej w procesach spajania materiałów różnoimiennych (Control of the width of brazed joint clearance in the processes of joining dissimilar materials); The scientific works of Institute of Production Engineering and Automation of Wrocław University of Technology, Series: Monograph No. 22; Wrocław University of Technology Publ., Wrocław (2000) (in Polish).
• [10] R. Ripan, I.Četjanu, Nieorganičeskaja chimija (Inorganic chemistry) 2, Metal chemistry; Moscow, Izd. Mir Publ.; (1972) (in Russian).
• [11] J. Pilarczyk, Poradnik Inżyniera-Spawalnictwo (Engineer’s guide - Welding) 2, WNT Publ., Warsaw (2005) (in Polish).
• [12] BRAZE TEC GmbH (Niemcy): Lieferprogramm (Brazing of filier production programme), Hanau (2002) (in German).
• [13] EUROMAT - Katalog lutów i topników (The cata-logue of filier metals and the fluxing agents), Wrocław (2007) (in Polish).
• [14] R. Siebert, K. F. Zimmermann, Lötenais Verbindungstechnik fur metallische Werkstoffe (Sol-dering as techniąue of metallic materials joining), Book 27, Technique which joins, Hanau (1975) (in German).
• [15] Z. Mirski, K Granat, J. Skrzynecki, Niekorzystne zjawiska występujące przy lutowaniu twardym stali 1H18N9T spoiwami na bazie Cu-P (Unfavorable phenomena occurred in brazing of 1H18N9T steel with filier metals based on Cu-P); IV Scientifically - Technical Conference, Problems and Innovations in Energetic Repairs PIRE 2002; OBR of Economy of Redecorating Energetics Publ., 139-144 Jugowice (2002) (in Polish).
• [16] R. D. Mollram, A. S. Wronski, A. C. Chiton, Brazing copperto mild and stainless steels us-ing copper-phosphorustin pastel; Welding Journal, April 1986, 43-46 (1986).
• [17] K. Dies, Kupfer und Kupferlegierungen in der Technik (Copper and copper alloys in techniąue); Springer - Verlag Publ., Berlin/Heidelberg/New York (1967) (in German).
• [18] W. Kacz mar, Z. Mirski, A. Ambroziak, W. Derlukiewicz, Analiza technologii lutowania klatek wirników maszyn technologicznych, produkowanych przez DZWME Dolmel we Wrocławiu (The analysis of brazing technology of boxes of rotors of technological machine engines, produced by DZWME Dolmel in Wrocław), Report-ing No. 18/86; Institute of Production Engineering and Automation of Wrocław University of Technology, Wrocław (1986) (in Polish).
• [19] S. Wirbilis, Galwanotechnika (Electroplating); WNT Publ., Warsaw; (1986) (in Polish).
• [20] S. Bagdach, T Żak, D. Przybylska, Poradnik galwanotechnika (The guide of electroplating); WNT Publ., Warsaw (2002) (in Polish).
• [21] PN-EN 10002-1: Metale-próba rozciągania, Część 1: Metoda badania w temperaturze otoczenia (The metals - test of tension, Part 1: The method of in-vestigation in room temperaturę), August 2004 (in Polish).