Najboljše metode trdega spajkanja titana in titanovih zlitin

Titan in njegove zlitine, ki so sestavljene iz elementov, kot so železo, aluminij, vanadij in molibden, imajo odlične fizikalne in mehanske lastnosti, kot so visoka trdnost, visoka toplotna odpornost in dobra odpornost proti koroziji. Široko se uporabljajo na visokotehnoloških področjih, kot so kemijsko inženirstvo, pomorsko inženirstvo, transport, medicina, gradbeništvo, vesoljska in vojaška industrija, in so pomembni lahki konstrukcijski materiali. Med njimi je letalstvo pomembno področje uporabe na nižji stopnji.
Titan in njegove zlitine so reaktivne kovine in se pogosto uporabljajo v vesoljski, petrokemični in jedrski industriji. Glavne težave pri spajkanju titana in njegovih zlitin so naslednje:
① Stabilen oksidni film na površini. Titan in njegove zlitine imajo močno afiniteto do kisika in zlahka ustvarijo stabilen oksidni film na površini, ki ovira vlaženje in širjenje materiala za trdo spajkanje. Zato ga je treba med spajkanjem odstraniti.
② Močno absorbira pline. Titan in njegove zlitine so nagnjeni k absorbiranju vodika, kisika in dušika med postopkom segrevanja in višja kot je temperatura, močnejša je absorpcija, kar povzroči močno zmanjšanje plastičnosti in žilavosti titana. Zato je treba trdo spajkanje izvajati v vakuumu ali inertni atmosferi.
③ Intermetalne spojine, ki jih je enostavno oblikovati. Titan in njegove zlitine lahko reagirajo z večino materialov za spajkanje in tvorijo krhke spojine, zaradi česar postanejo spoji krhki. Zato material za trdo spajkanje, ki se uporablja za spajkanje drugih materialov, načeloma ni primeren za spajkanje reaktivnih kovin.
④ Struktura in lastnosti se lahko spreminjajo. Titan in njegove zlitine so med segrevanjem podvržene faznim transformacijam in zrnjenju. Višja kot je temperatura, resnejše je grobinjenje, zato temperatura za visokotemperaturno spajkanje ne sme biti previsoka.
Če povzamemo, pri spajkanju titana in njegovih zlitin je treba biti pozoren na temperaturo segrevanja pri spajkanju. Na splošno temperatura spajkanja ne sme preseči 950-1000 stopinj in nižja kot je temperatura spajkanja, manjši je vpliv na lastnosti osnovnega materiala. Pri kaljenih in popuščenih zlitinah se lahko spajkanje izvaja tudi pod pogojem, da temperatura staranja ni presežena.
Da bi preprečili oksidacijo ter reakcije absorpcije kisika in vodika v spajkanem spoju, se spajkanje titana in titanovih zlitin izvaja v vakuumu in inertni atmosferi, spajkanje s plamenom pa se običajno ne uporablja. Pri spajkanju v vakuumu ali kloru je mogoče uporabiti visokofrekvenčno ogrevanje, ogrevanje v peči in druge metode, ki imajo hitro segrevanje in kratek čas zadrževanja, kar ima za posledico tanjšo plast spojin v mejni coni in boljše delovanje spoja. Zato je treba nadzorovati temperaturo spajkanja in čas zadrževanja, da zagotovimo pretok trdega materiala v režo.
Razlog, zakaj je spajkanje titana in njegovih zlitin najbolje izvajati v vakuumu in argonu, je ta, da čeprav ima titan veliko afiniteto do kisika, lahko pridobi gladko površino v vakuumu 13,3 Pa zaradi raztapljanja oksidnega filma na površini.
Pri spajkanju v atmosferi argona in temperaturnem razponu spajkanja 760-927 stopinj je potreben argon visoke čistosti, da se prepreči razbarvanje titana. Na splošno se v posodah za shranjevanje hladilnega sredstva uporablja tekoči argon, ker ima visoko čistost.
Pri trdo spajkanju titana in titanovih zlitin se na vmesniku ali v spajkalni reži pogosto tvorijo krhke intermetalne spojine, s čimer se zmanjša učinkovitost spajkanega spoja. Difuzijsko lepljenje je mogoče uporabiti za izboljšanje učinkovitosti spajkanega spoja. Med spajkanjem je 50 μm debela bakrena folija, nikljeva ali srebrna folija nameščena med titanove zlitine, ki tvorijo evtektiko Cu-Ti, Ni-Ti in Ag-Ti, ki temelji na kontaktni reakciji med titanom in temi kovinami. Nato se te krhke intermetalne spojine razpršijo. Difuzijsko lepljen spoj ima razmeroma dobro delovanje pri določeni temperaturi in času.
Poleg tega se + -fazne titanove zlitine lahko uporabljajo v žarjenem, v raztopini obdelanem ali staranem stanju. Če je po spajkanju potrebno žarjenje, so na voljo tri sheme: spajkanje pri ali pod temperaturo žarjenja po žarjenju; trdo spajkanje pri temperaturi nad temperaturo žarjenja in sprejetje segmentiranega postopka hlajenja v ciklu trdega spajkanja za pridobitev strukture žarjenja; in spajkanje pri temperaturi nad temperaturo žarjenja in nato žarjenje.