Impact of scratch depth on vacuum tightness of diffusion bonded parts

The surface roughness or solitary grooves decides about success or failure of diffusion bonding and vacuum tightness of the parts to be welded. Since surfaces have to be mated at atomic level to enable diffusion of atoms across bonding planes, also single deep scratches must be avoided to achieve va...

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Published in:Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 2018-02, Vol.49 (2), p.185-192
Main Authors: Gietzelt, T., Hüll, A., Toth, V., Messerschmidt, F., Thelen, R.
Format: Article
Language:English
Subjects:
(Oberflächen-) Kratzer
Austenitic stainless steels
Bonding strength
Chemical bonds
Diffusion bonding
Diffusion welding
Diffusionsbonden
Diffusionsschweißen
Electron microscopes
Grooves
Helium
leak rate
leakage
Leckrate
Metal sheets
Peak load
Predictions
surface groove
Surface roughness
Tightness
Undichtigkeit
vacuum tightness
Vakuumdichtheit
White light interferometry
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Description
Summary:The surface roughness or solitary grooves decides about success or failure of diffusion bonding and vacuum tightness of the parts to be welded. Since surfaces have to be mated at atomic level to enable diffusion of atoms across bonding planes, also single deep scratches must be avoided to achieve vacuum tightness. Up to now there are no criteria which grooves can be tolerated. In fact, personal experience of the operator is essential to evaluate the surface before diffusion bonding. In this paper different load on top of a spike made of hard metal and sliding across the surface of austenitic stainless steel sheets of 1.4301 are employed to prepare grooves of different depth. A scanning electron microscope is used to visualize the dimension of the grooves. By white light interferometry, the depths according the load of the spice is evaluated. Diffusion bonding is performed at T = 1075 °C, t = 4 h, p = 12 MPa as well as with additional short peak loads. It turns out that the depth of grooves corresponds very well with the degree of leakage rate. Hence, by measuring the depth of grooves, prediction of leak rate can be predicted. Translation Die Oberflächenrauigkeit oder einzelne tiefe Kratzer entscheiden über Erfolg oder Misserfolg beim Diffusionsschweißen bezüglich Vakuumdichtheit der zu verschweißenden Teile. Beim Diffusionsschweißen müssen die zu fügenden Oberflächen bis auf atomaren Abstand angenähert werden, um Diffusion über die Fügeebenen zu ermöglichen. Auch einzelne tiefe Kratzer können die Vakuumdichtheit beeinträchtigen. Gegenwärtig existiert kein objektives und einfach handhabbares Kriterium, bis zu welcher Grenze Kratzer toleriert werden können. Tatsächlich ist die persönliche Erfahrung des Bearbeiters ausschlaggebend bei der Beurteilung. In diesem Artikel werden definierte Kratzer durch Belastung einer Hartmetallspitze mit unterschiedlichen Gewichten und Ziehen über Blechoberflächen auf austenitischem Edelstahl 1.4301 erzeugt. Mittels Rasterelektronenmikroskop werden die Dimensionen der Kratzer charakterisiert. Mittels Weißlichtinterferometrie wurde die Tiefe der Kratzer untersucht. Die Diffusionsschweißung erfolgt mit T = 1075 °C, t = 4 h, p = 12 MPa sowie alternativ mit kurzzeitigen Spitzenbelastungen. Es zeigt sich, dass die Kratzertiefe sehr gut mit der Helium‐Leckrate korrespondiert. Daraus können durch Vermessung von Kratzertiefen Vorhersagen über zu erwartende Leckraten abgeleitet werden.
ISSN:0933-5137
1521-4052
DOI:10.1002/mawe.201700154