Откачник-вакуумщик
Ф.Г.Закиров, Е.А.Николаев.
Высшая школа, 1977 г.
§ 39. МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ
Требования к металлам и сплавам
Металлы и сплавы, применяемые для изготовления элементов вакуумных систем, помимо общих требований к конструкционным материалам, должны удовлетворять
минимальное газосодержание и высокую скорость обезгаживання; высокую вакуумную прочность; минимальную пористость и газопроницаемость; высокую коррозионную стойкость, отсутствие взаимодействия с органическими маслами и растворителями, минимальную упругость пара при рабочей температуре; стабильность кристаллической структуры при длительном нагревании в интервале рабочих температур.
Газосодержание и скорость обезгаживания. Величина и длительность газоотделепия того или иного металла в вакууме зависит от количества содержащихся в нем газов, т. е. от его газосодержания. Газосодержание металла определяется процессами физической адсорбции газов на поверхности, растворения их в объеме и образования химических соединений как на поверхности, так и в объеме металла. Количество адсорбированных металлом газов зависит от состояния поверхности (способа обработки, наличия окисных пленок и загрязнений) и условий хранения, а количество растворенных и химически связанных газов — от рода металла и способа его получения. Отсюда вытекают и основные способы снижения газосодержания металлов:
1. Улучшение качества механической обработки и очистки поверхности деталей с последующим хранением чистых деталей в сухой защитной атмосфере.
2 Применение металлов вакуумной плавки; металлы, прошедшие многократную вакуумную переплавку, содержат небольшое количество газов.
Следует, однако, отметить, что переработка слитков вакуумной плавки обычными методами не всегда сопровождается снижением газосодержания конкретных изделий из-за загрязнения или окисления поверхности металла и поглощения им газов из окружающей среды при нагреве.
3. Предварительное термическое обезгаживание в вакууме, водороде или в среде инертного газа при максимально допустимой для данного металла температуре. Механизм термического обезгажнвания металлов заключается в стремлении поглощенных металлом газов к равновесию с внешней средой. При уменьшении давления над металлом равновесие смещается в сторону выделения газов, металл обезгаживается) и, наоборот, при повышении давления над металлом равновесие смещается
в сторону поглощения газов. Повышение температуры металла действует на это равновесие по-разному, так как одна группа металлов увеличивает растворимость газов с ростом температуры, а другая — уменьшает ее. Величина максимальной температуры предварительного обезгаживания металлов устанавливается с учетом требований к сохранению формоустойчивости детали, структуре металла и обеспечению малой скорости в его испарения.
4. Термическое обезгаживапие в процессе эксплуатации .вакуумной системы.
Металлы и сплавы выделяют при обезгаживании Нг, СО, N2, СО2, О2, СН4 и Н2О, причем из них тплько Н2, N2 и O2 выделяются из объема металла, а остальные либо десорбируются с поверхности, либо образуются на ней в результате взаимодействия растворенных газов (Н2, О2) и примесей (С и т. п.).
Скорость обезгаживания металлов возрастает с увеличением температуры, что объясняется повышением скорости выделения растворенных в металле газов и примесей. В общем случае скорость обезгаживания зависит от газосодержания металла и коэффициента диффузии газов и примесей из объема детали на поверхности при заданной температуре нагрева.
Требования к металлам по газосодержанию и скорости обезгаживания устанавливаются обычно в соответствии с областью рабочих давлений элементов вакуумной системы. К металлам для элементов низковакуумных систем не предъявляется высоких требований по газосодержанию и газоотделению. Элементы этих систем, как правило, не обезгаживаются в процессе эксплуатации вакуумной установки. Наоборот, металлы для высоковакуумных и особенно сверхвысоковакуумных систем должны удовлетворять высоким требованиям по газосодержанию и газоотделению. Для этих систем выбирают металлы с минимальным газосодержанием и большой скоростью обезгаживания.
Вакуумная прочность. В связи с возросшими требованиями к надежности вакуумных систем откачного оборудования особое значение приобретает вакуумная прочность электровакуумных материалов.
Для изготовления мелких деталей, не подвергающихся нагреву в вакууме, рекомендуются следующие марки латуни: Л62, ЛС59-1.
Из сплавов меди с оловом и другими материалами, именуемых бронзами, для изготовления деталей вакуумных систем рекомендуются такие, которые не содержат и своем составе олова и цинка. Бериллиевая бронза марки БрВ2 применяется при изготовлении пружин, шестерен и электроконтактов, а алюминиевая бронза марки БрА5 — при изготовлении подшипниковых втулок. Хромистая бронза марки БрХ08 обладает хорошей свариваемостью и может с успехом заменить медь в сварных конструкциях. Кремний марганцовистая бронза марки БрКМцЗ-1 и хромистая бронза используются как присадочный материал при сварке меди.
Никель. Температура плавления никеля 1452° С, плотность 8,85 г/см3. Применяется никель марки НО и HI для изготовления тепловых экранов, гальванических покрытий и небольших внутренних деталей элементов вакуумных систем. Ограниченное применение чистого' никеля в вакуумной технике обусловлено главным образом его низкой формоустойчивостью. Сплавы никеля. Сплав никеля с кобальтом — ковар марки 29НК используется для изготовления согласованных спаев металл — стекло и металл — керамика в различных элементах вакуумной системы. Для изготовления термопарной проволоки применяются сплавы никеля: хромель {НХ9,5), алюмель (НМцАК-2-2-1), капель (НМ56,5). Нихром марки Х20Н80 широко используется для изготовления спиральных и ленточных нагревателей.
Алюминий. Температура плавления алюминия 660° С, плотность 2,7 г/см3. Для изготовления уплотнительных прокладок, экранов и паропроводов диффузионных паромасляных насосов используется алюминий марок АД-1М и АМц. Более широкое применение алюминия в вакуумной технике ограничивается плохой свариваемостью и паяемостью его с другими металлами и низкой температурой плавления. К достоинствам алюминия можно отнести хорошую полируемость и малую газопроницаемость.
Индий. Температура плавления индия 156° С, плотность 7,31 г/см3. Применяется индий для изготовления уплотнителей элементов высоковакуумных ...