Najlepšie metódy spájkovania pre titán a titánové zliatiny

Titán a jeho zliatiny, ktoré sa skladajú z prvkov ako železo, hliník, vanád a molybdén, majú vynikajúce fyzikálne a mechanické vlastnosti, ako je vysoká pevnosť, vysoká tepelná odolnosť a dobrá odolnosť proti korózii. Sú široko používané v high-tech oblastiach, ako je chemické inžinierstvo, námorné inžinierstvo, doprava, medicína, stavebníctvo, letecký a kozmický priemysel a vojenský priemysel a sú dôležitými ľahkými konštrukčnými materiálmi. Spomedzi nich je dôležitou následnou aplikačnou oblasťou letectvo.
Titán a jeho zliatiny sú reaktívne kovy a sú široko používané v leteckom, petrochemickom a jadrovom priemysle. Hlavné problémy pri spájkovaní titánu a jeho zliatin sú nasledovné:
① Stabilný oxidový film na povrchu. Titán a jeho zliatiny majú silnú afinitu ku kyslíku a ľahko vytvárajú stabilný oxidový film na povrchu, ktorý bráni zmáčaniu a rozširovaniu spájkovacieho materiálu. Preto sa musí pri spájkovaní odstrániť.
② Silne absorbuje plyny. Titán a jeho zliatiny majú tendenciu absorbovať vodík, kyslík a dusík počas procesu zahrievania a čím vyššia je teplota, tým silnejšia je absorpcia, čo vedie k prudkému zníženiu plasticity a húževnatosti titánu. Preto by sa spájkovanie malo vykonávať vo vákuu alebo v inertnej atmosfére.
③ Ľahko sa tvoria intermetalické zlúčeniny. Titán a jeho zliatiny môžu reagovať s väčšinou spájkovacích materiálov za vzniku krehkých zlúčenín, ktoré spôsobujú krehkosť spojov. Preto spájkovací materiál používaný na spájkovanie iných materiálov v zásade nie je vhodný na spájkovanie reaktívnych kovov.
④ Štruktúra a vlastnosti sú náchylné na zmeny. Titán a jeho zliatiny podliehajú fázovej premene a hrubnutiu zrna počas zahrievania. Čím vyššia je teplota, tým vážnejšie je zhrubnutie, takže teplota pri vysokoteplotnom spájkovaní by nemala byť príliš vysoká.
Stručne povedané, pri spájkovaní titánu a jeho zliatin je potrebné venovať pozornosť teplote ohrevu spájkovania. Vo všeobecnosti by teplota spájkovania nemala prekročiť 950-1000 stupeň a čím nižšia je teplota spájkovania, tým menší je vplyv na vlastnosti základného materiálu. Pri kalených a temperovaných zliatinách sa môže spájkovanie vykonávať aj za podmienky, že sa neprekročí teplota starnutia.
Aby sa zabránilo oxidácii a reakciám absorpcie kyslíka a vodíka v spájkovanom spoji, spájkovanie titánom a zliatinami titánu sa vykonáva vo vákuu a inertnej atmosfére a spájkovanie plameňom sa vo všeobecnosti nepoužíva. Pri spájkovaní natvrdo vo vákuu alebo chlórom možno použiť vysokofrekvenčný ohrev, ohrev pece a iné metódy, ktoré majú vysokú rýchlosť ohrevu a krátky čas zdržania, výsledkom čoho je tenšia vrstva zlúčenín v zóne rozhrania a lepší výkon spoja. Preto teplota spájkovania a čas zdržania musia byť kontrolované, aby spájkovací materiál prúdil do medzery.
Dôvod, prečo sa spájkovanie titánu a jeho zliatin najlepšie vykonáva vo vákuu a argóne, je ten, že hoci titán má veľkú afinitu ku kyslíku, môže získať hladký povrch vo vákuu 13,3 Pa v dôsledku rozpustenia oxidového filmu na povrchu.
Pri spájkovaní v atmosfére argónu a teplotnom rozsahu spájkovania je 760-927 stupeň , na zabránenie odfarbenia titánu je potrebný argón vysokej čistoty. Vo všeobecnosti sa v nádobách na skladovanie chladiva používa kvapalný argón, pretože má vysokú čistotu.
Pri spájkovaní titánu a zliatin titánu sa na rozhraní alebo v spájkovacej medzere často vytvárajú krehké intermetalické zlúčeniny, čím sa znižuje výkonnosť spájkovaného spoja. Na zlepšenie výkonu spájkovaného spoja možno použiť difúzne spájanie. Počas spájkovania sa medzi zliatiny titánu vloží 50 μm hrubá medená fólia, niklová fólia alebo strieborná fólia, ktoré tvoria eutektiká Cu-Ti, Ni-Ti a Ag-Ti spoliehajúc sa na kontaktnú reakciu medzi titánom a týmito kovmi. Potom sú tieto krehké intermetalické zlúčeniny difundované. Difúzne lepený spoj má pri určitej teplote a čase relatívne dobré vlastnosti.
Okrem toho sa + -fázové zliatiny titánu môžu používať v žíhaných, roztokových alebo starnutých stavoch. Ak sa po spájkovaní vyžaduje žíhanie, sú k dispozícii tri schémy: spájkovanie pri teplote žíhania alebo nižšej po žíhaní; spájkovanie natvrdo pri teplote vyššej ako je teplota žíhania a použitie segmentovaného chladiaceho procesu v cykle tvrdého spájkovania na získanie štruktúry žíhania; a spájkovanie pri teplote vyššej ako je teplota žíhania a potom žíhanie.