CH379887A

CH379887A - Process for producing a metallic bond between zirconium and iron bodies

Info

Publication number: CH379887A
Application number: CH7508559A
Authority: CH
Inventors: Bodmer Ernst
Original assignee: Sulzer Ag
Priority date: 1959-06-30
Filing date: 1959-06-30
Publication date: 1964-07-15

Description

  

      Verfahren    zur Herstellung einer metallischen Bindung  zwischen Zirkonium- und Eisenkörpern    Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur  Herstellung einer metallischen Bindung zwischen  Körpern, von denen einer mindestens zum Teil aus  Zirkonium und ein anderer mindestens zum Teil aus  Eisen besteht durch Erhitzen der zu verbindenen  Körperflächen.  



  Zirkonium gibt mit Eisen (ebenso auch z. B. mit  Nickel und Chrom) Schmelzen, die bei bestimmten  Gewichtsverhältnissen unter Bildung intermetallischer  Verbindungen erstarren. Weiter geben diese inter  metallischen Verbindungen sowohl mit dem Zirko  nium als auch mit den Eisen Schmelzen, die bei be  stimmten Gewichtsverhältnissen eutektisch erstarren.  In einer durch Erhitzung hergestellten Bindungs  schicht zwischen Zirkonium und Eisen sind aber  nach dem Erstarren alle Legierungsverhältnisse vor  handen, und zwar beginnend auf der Zirkoniumseite  mit reinem Zirkonium und endigend auf der Eisen  seite mit reinem Eisen.  



  Eine solche Bindungsschicht enthält also auch  diejenigen der zwischen Zr und Fe möglichen inter  metallischen Phasen, die spröde und korrosionsemp  findlich sind und die daher die Haltbarkeit der  Bindung beeinträchtigen können.  



  Die Erfindung setzt sich zum Ziel, die Haltbar  keit der Bindung zu verbessern.  



  Die Erfindung besteht darin, dass man bei der  Herstellung der Bindung die zu verbindenden Kör  perflächen derart erhitzt, dass die an der Bindungs  stelle entstehende, Zirkonium und Eisen enthaltende  Bindungsschicht nicht dicker als 0,5 mm ausfällt.  



  Hierdurch wird erzielt, dass die intermetallische  Phasen enthaltenden und daher spröden Schichten so  dünn ausfallen, dass sie trotz ihrer Sprödigkeit hin  reichend nachzugeben vermögen, und dass sie ferner    durch andere Schichten bedeckt, nur eine sehr kleine  Angriffsfläche für Korrosion darbieten können.  



  Damit die Bindungsschicht möglichst dünn aus  fällt, kann man die Flächen, zwischen denen die  Bindung hergestellt werden soll, so zurichten, dass  sie aufeinander passen und sie dann zweckmässig mit  einem geringen Flächendruck von z. B. 1 kg/cm2  aufeinanderpressen. Hierdurch wird erzielt, dass bei  ihrer Erhitzung der Schmelzvorgang an möglichst  allen Stellen der Bindungsflächen     zugleich    einsetzt,  und dass insbesondere nicht erst fehlerhafte     Erha-          benheiten    abgeschmolzen oder fehlerhafte Höhlun  gen zugeschmolzen werden müssen.  



  Die Erhitzung wird verzugsweise höchstens um  200 C über den Schmelzpunkt der sich bildenden  eutektischen Legierung hinaus getrieben und dort  normalerweise nur kurze Zeit, höchstens drei Mi  nuten lang, gehalten. Hierdurch wird erzielt, dass  der Schmelzvorgang, welcher ja am tiefsten gelege  nen Schmelzpunkt, also am     eutektischen    Schmelz  punkt, auf den sich berührenden Bindungsflächen in  dünnster Schicht beginnt, nicht weiter in das     Zirko-          nium    oder in das Eisen eingreifen und so die Dicke  der Bindungsschicht nicht schädlich vergrössern  kann.

   Die zur Bindung notwendige Energiezufuhr,  die die Temperatur der     Schmelzzone    und damit die  Dicke derselben bestimmt, lässt sich besonders gut  beschränken, wenn man mindestens einen Teil der  Energie in Form von Ultraschallenergie zuführt.  



  Man kann zwischen die Flächen, zwischen denen  die Bindung hergestellt werden soll, eine Metallfolie  legen, welche mindestens eines der Metalle Ni, Fe,       Cu,        Nb,        Cr,    Au,     Pt,    Mo enthält, welche Metalle sich  sowohl mit dem     Zirkonium    als auch mit dem Eisen  der     metallisch    zu bindenden Körper zu legieren ver  mögen. Hierdurch wird erzielt, dass die Dicke der      bei der Erhitzung sich bildenden Bindungsschicht in  ihrer Grössenordnung schon auf etwa die Dicke der       Metallfolie    beschränkt bleibt.

   Eine weitere     vorteil-          hafte        Ausführungsform    besteht darin, auf wenigstens  einer der zu verbindenden Körperflächen vorgängig  dem Erhitzen eine Metallschicht aufzudampfen, die  mindestens eines der Metalle Ni, Fe, Cu, Nb, Cr,  Au, Pt, Mo, enthält.  



  Es versteht sich von selbst, dass der Fachmann  beim Herstellen einer metallischen Bindung der  oben besprochenen Gattung Mittel, die zur Erleich  terung der Herstellung einer solchen Bindung be  kannt sind, anwenden     wird.        Insbesondere    wird er  Vorsorge treffen, eine Passivierung der zu verbin  denden Oberflächen zu vermeiden. Er wird daher  z. B. die Erhitzung unter Vakuum oder Schutzgas  mit Elektro-Induktionsheizung vornehmen.



      Method for producing a metallic bond between zirconium and iron bodies The invention relates to a method for producing a metallic bond between bodies, one of which consists at least partly of zirconium and another of which consists at least partly of iron by heating the body surfaces to be joined.



  Zirconium forms melts with iron (also, for example, with nickel and chromium), which solidify under certain weight ratios with the formation of intermetallic compounds. Furthermore, these intermetallic compounds give both the zirconium and the iron melts, which solidify eutectically at certain weight ratios. In a binding layer between zirconium and iron produced by heating, however, all alloy ratios are present after solidification, starting on the zirconium side with pure zirconium and ending on the iron side with pure iron.



  Such a bonding layer therefore also contains those intermetallic phases that are possible between Zr and Fe, which are brittle and sensitive to corrosion and which can therefore impair the durability of the bond.



  The invention aims to improve the durability of the binding.



  The invention consists in heating the body surfaces to be connected during the production of the bond in such a way that the bond layer containing zirconium and iron which is created at the bond point is no thicker than 0.5 mm.



  This ensures that the layers containing intermetallic phases and therefore brittle are so thin that they are able to yield sufficiently despite their brittleness and that, furthermore, covered by other layers, they can only present a very small area of attack for corrosion.



  In order for the binding layer to be as thin as possible, the surfaces between which the binding is to be made can be prepared so that they fit together and then expediently with a low surface pressure of e.g. B. 1 kg / cm2 pressed together. This ensures that when they are heated, the melting process begins at as many points as possible on the bonding surfaces at the same time, and in particular that defective protrusions need not be melted off or defective cavities melted shut.



  The heating is delayed at most by 200 C above the melting point of the eutectic alloy being formed and is usually only held there for a short time, at most three minutes. This ensures that the melting process, which begins at the lowest melting point, i.e. at the eutectic melting point, on the contacting bonding surfaces in the thinnest layer, does not interfere with the zirconium or the iron and so does the thickness of the bonding layer cannot increase in a harmful way.

   The energy supply necessary for binding, which determines the temperature of the melting zone and thus the thickness of the same, can be particularly well limited if at least part of the energy is supplied in the form of ultrasonic energy.



  You can place a metal foil between the surfaces between which the bond is to be established, which contains at least one of the metals Ni, Fe, Cu, Nb, Cr, Au, Pt, Mo, which metals are both with the zirconium and with able to alloy the iron of the metal to be bound bodies. What is achieved hereby is that the thickness of the binding layer that forms during heating is limited in its order of magnitude to approximately the thickness of the metal foil.

   A further advantageous embodiment consists in evaporating a metal layer on at least one of the body surfaces to be connected, prior to heating, which contains at least one of the metals Ni, Fe, Cu, Nb, Cr, Au, Pt, Mo.



  It goes without saying that the person skilled in the art, when producing a metallic bond of the type discussed above, will use means which are known to facilitate the production of such a bond. In particular, he will take precautions to avoid passivation of the surfaces to be connected. He is therefore z. B. perform the heating under vacuum or protective gas with electric induction heating.

Claims

A method for producing a metallic bond between bodies, one of which consists at least partly of zirconium and another of which consists at least partly of iron, by heating the body surfaces to be connected, characterized in that it is heated in such a way that the at the binding site The resulting binding layer containing zirconium and iron is not thicker than 0.5 mm. SUBCLAIMS 1.

Method according to patent claim, characterized in that the surfaces between which the bond is to be established are prepared so that the melting process initiated by the heating starts at the same time at all points of the bonding surfaces, even with a low contact pressure. 2. The method according to claim, characterized in that the heating is driven by a maximum of 200 C above the melting point of the eutectic alloy that is being formed and is held there for a maximum of three minutes. 3. The method according to claim, characterized in that the energy necessary to produce the binding is supplied at least partially in the form of ultrasonic energy. 4th

Method according to claim, characterized in that between the surfaces between which the bond is to be established, a metal foil is placed which contains at least one of the metals Ni, Fe, Cu, Nb, Cr, Au, Pt, Mo, and then alloying the foil with the zirconium and with the iron on both sides by heating. 5. The method according to claim, characterized in that a metal layer is evaporated on at least one of the two body surfaces to be connected prior to the He heat, the min least one of the metals Ni, Fe, Cu, Nb, Cr, Au, Pt, Mo contains .