Najlepsze metody lutowania tytanu i stopów tytanu

Tytan i jego stopy składające się z pierwiastków takich jak żelazo, aluminium, wanad i molibden mają doskonałe właściwości fizyczne i mechaniczne, takie jak wysoka wytrzymałość, wysoka odporność na ciepło i dobra odporność na korozję. Są szeroko stosowane w dziedzinach zaawansowanych technologii, takich jak inżynieria chemiczna, inżynieria morska, transport, medycyna, budownictwo, przemysł lotniczy i wojskowy, i są ważnymi lekkimi materiałami konstrukcyjnymi. Wśród nich ważnym obszarem dalszych zastosowań jest przemysł lotniczy.
Tytan i jego stopy są metalami reaktywnymi i są szeroko stosowane w przemyśle lotniczym, petrochemicznym i nuklearnym. Główne problemy związane z lutowaniem tytanu i jego stopów są następujące:
① Stabilna warstwa tlenku na powierzchni. Tytan i jego stopy mają duże powinowactwo do tlenu i łatwo tworzą na powierzchni stabilną warstwę tlenku, która utrudnia zwilżanie i rozprzestrzenianie się lutu. Dlatego należy go usunąć podczas lutowania.
② Silnie absorbują gazy. Tytan i jego stopy mają tendencję do pochłaniania wodoru, tlenu i azotu podczas procesu nagrzewania, a im wyższa temperatura, tym silniejsza absorpcja, co prowadzi do gwałtownego spadku plastyczności i wytrzymałości tytanu. Dlatego lutowanie należy przeprowadzać w próżni lub atmosferze obojętnej.
③ Łatwe w formowaniu związki międzymetaliczne. Tytan i jego stopy mogą reagować z większością materiałów lutowniczych, tworząc kruche związki, powodując kruchość połączeń. Dlatego też lut używany do lutowania innych materiałów w zasadzie nie nadaje się do lutowania metali reaktywnych.
④ Struktura i właściwości są podatne na zmiany. Tytan i jego stopy podczas ogrzewania ulegają przemianom fazowym i gruboziarnistości ziaren. Im wyższa temperatura, tym poważniejsze zgrubienie, dlatego temperatura lutowania wysokotemperaturowego nie powinna być zbyt wysoka.
Podsumowując, podczas lutowania tytanu i jego stopów należy zwrócić uwagę na temperaturę nagrzewania lutowania. Generalnie temperatura lutowania nie powinna przekraczać 950-1000 stopnia, a im niższa temperatura lutowania, tym mniejszy wpływ na właściwości materiału bazowego. W przypadku stopów ulepszanych cieplnie lutowanie można również prowadzić pod warunkiem nie przekraczania temperatury starzenia.
Aby zapobiec utlenianiu oraz reakcjom absorpcji tlenu i wodoru w złączu lutowanym, lutowanie tytanu i stopów tytanu przeprowadza się w próżni i atmosferze obojętnej, natomiast lutowanie płomieniowe na ogół nie jest stosowane. Podczas lutowania twardego w próżni lub chlorze można zastosować ogrzewanie o wysokiej częstotliwości, ogrzewanie w piecu i inne metody, które charakteryzują się dużą szybkością nagrzewania i krótkim czasem przetrzymywania, co skutkuje cieńszą warstwą związków w strefie styku i lepszą wydajnością połączenia. Dlatego należy kontrolować temperaturę lutowania i czas przetrzymywania, aby materiał lutowniczy wpływał do szczeliny.
Powodem, dla którego lutowanie tytanu i jego stopów najlepiej wykonywać w próżni i argonie, jest to, że chociaż tytan ma duże powinowactwo do tlenu, może uzyskać gładką powierzchnię w próżni 13,3 Pa dzięki rozpuszczeniu warstwy tlenku na powierzchni.
Podczas lutowania w atmosferze argonu i zakresie temperatur lutowania wynoszącym 760-927 stopni, wymagany jest argon o wysokiej czystości, aby zapobiec odbarwieniu tytanu. Ogólnie rzecz biorąc, w pojemnikach do przechowywania czynnika chłodniczego stosuje się ciekły argon, ponieważ ma on wysoką czystość.
Podczas lutowania tytanu i stopów tytanu na powierzchni styku lub w szczelinie lutowniczej często tworzą się kruche związki międzymetaliczne, zmniejszając w ten sposób wydajność połączenia lutowanego. Aby poprawić wydajność połączenia lutowanego, można zastosować wiązanie dyfuzyjne. Podczas lutowania pomiędzy stopami tytanu, które tworzą odpowiednio eutektykę Cu-Ti, Ni-Ti i Ag-Ti, w oparciu o reakcję kontaktową pomiędzy tytanem i tymi metalami, umieszcza się folię miedzianą, folię niklową lub folię srebrną o grubości 50 μm. Następnie te kruche związki międzymetaliczne są rozpraszane. Złącze dyfuzyjne ma stosunkowo dobrą wydajność w określonej temperaturze i czasie.
Ponadto + -fazowe stopy tytanu można stosować w stanie wyżarzonym, przesycanym lub starzonym. Jeśli po lutowaniu wymagane jest wyżarzanie, dostępne są trzy schematy: lutowanie w temperaturze wyżarzania lub niższej po wyżarzaniu; lutowanie w temperaturze wyższej od temperatury wyżarzania i przyjęcie segmentowego procesu chłodzenia w cyklu lutowania w celu uzyskania struktury wyżarzania; i lutowanie w temperaturze wyższej od temperatury wyżarzania, a następnie wyżarzanie.