Вольфрам и его сплавы, обладая высокой прочностью, жаропрочностью до температуры 2700°С и другими ценными качествами, являются необходимыми материалами в ряде областей техники.
Металлический вольфрам широко применяют в ракетостроении, в электроламповой, радиотехнической и электровакуумной промышленности.
Вольфрам широко используют в промышленности в чистом виде и в виде сплавов, он является наиболее тугоплавким металлом с температурой плавления 3410°С, обладает высоким пределом прочности (50-90 кгс/мм2) и твердостью НВ 320-415 кгс/мм2.
Отрицательным качеством вольфрама является его хрупкость при комнатной температуре (относительное удлинение и сужение равны нулю). Механическую обработку вольфрама можно производить только при температуре 300-500°С, т. е. выше порога хрупкости.
Пайку вольфрама необходимо стремиться производить при температуре ниже температуры рекристаллизации (1450°С), поскольку после рекристаллизации прочность вольфрама значительно снижается.
При сварке плавлением рекристаллизация вольфрама и его охрупчивание неизбежны, поэтому применение пайки для изделий из вольфрама предпочтительнее. При соединении вольфрама с другими металлами основная трудность связана со значительным различием в коэффициентах линейного расширения.
При обычной температуре вольфрам обладает высокой химической стойкостью, но при нагревании выше 400-500°С окисляется с образованием трехокиси вольфрама W03. При пайке вольфрама требуется особо тщательная очистка поверхности деталей.
Очистку производят механическими средствами или травлением в кислотах. Травить можно в смеси равных частей азотной и фтористоводородной кислот с последующей промывкой в горячей воде и спирте.
Очистку можно вести также в горячем растворе едкого натра или электролитическим методом, применяя в качестве электролита разбавленный раствор азотнокислого натрия (NaN03). Способ очистки выбирают в зависимости от степени окисленности вольфрама.
Вольфрам после тщательной очистки успешно паяется во всех защитных и восстановительных средах, но чаще в вакууме, который обеспечивает получение более плотных паяных швов.
Для улучшения смачивания вольфрама расплавленными припоями иногда применяют предварительное гальваническое покрытие его никелем или медью.
Для высокотемпературной пайки вольфрама применяют припои с температурой плавления до 3000° С, в том числе чистые металлы: тантал, ниобий, никель, медь и сплавы Ni - Ti, Ni - Си, Mn - Ni - Co, Mo - В и др.
Учитывая склонность вольфрама к рекристаллизации, пайку его необходимо производить при максимальных скоростях нагрева с минимальной выдержкой при пайке.
Наиболее перспективным способом соединения вольфрама является сочетание пайки с последующей диффузионной обработкой. В результате такой обработки получаются паяные соединения с высокой температурой распайки, т. е. вторичного расплавления металла паяного шва.
При диффузионной обработке происходит диффузия, растворение, а также испарение отдельных компонентов. Например, марганец кипит при температуре 2150°С, и при этой температуре он полностью испаряется.
Поэтому при диффузионной обработке швов, паянных припоями, содержащими марганец, повышение температуры вторичного расплавления достигается за счет испарения марганца. При правильном сочетании припоя, температуры пайки и времени выдержки можно получить паяные соединения с температурой вторичного расплавления до 2760°С.
Например, при пайке вольфрама при температуре 1000-1100°С припоем платина - бор с добавкой, порошка вольфрама в результате реактивной диффузии в шве образуется сплав, работоспособный при 2000°С. Преимуществом этого припоя является то, что пайку вольфрама можно производить при температуре ниже температуры его рекристаллизации, т. е. без снижения механических свойств вольфрама.
Перспективным является метод диффузионной пайки, позволяющий до минимума уменьшить толщину прослойки припоя в зазоре, в результате чего сокращается количество жидкой фазы в шве и уменьшается возможность образования хрупких зон.
Для капиллярной пайки вольфрама в вакууме 10-4 мм ст. рт. или в аргоне марки А можно использовать стандартные серебряные припои ПСр 72, ПСр 62, ПСр 37,5; медно-никелевые припои ВПр4, ПМ17, ПМ17А и припой на железной основе системы Fe - Мп. Наибольший предел прочности σв = 26,5 кгс/мм2 при зазоре 0,15 мм обеспечивает припой ПСр 37, 5.
Соединения вольфрама, паянные чистым железом, могут надежно работать при температуре 900° С. Соединения, паянные припоем состава 75% Сr, 25% V успешно работают при температуре 1200° С.