Найкращі методи пайки титану та титанових сплавів

Титан і його сплави, які складаються з таких елементів, як залізо, алюміній, ванадій і молібден, мають відмінні фізико-механічні властивості, такі як висока міцність, висока термостійкість і хороша стійкість до корозії. Вони широко використовуються в галузях високих технологій, таких як хімічне машинобудування, морське машинобудування, транспорт, медицина, будівництво, аерокосмічна та військова промисловість, і є важливими легкими конструкційними матеріалами. Серед них аерокосмічна промисловість є важливою сферою застосування.
Титан і його сплави є реактивними металами і широко використовуються в аерокосмічній, нафтохімічній та атомній промисловості. Основні проблеми пайки титану та його сплавів наступні:
① Стабільна оксидна плівка на поверхні. Титан і його сплави мають сильну спорідненість з киснем і легко створюють стабільну оксидну плівку на поверхні, яка перешкоджає змочуванню та розповсюдженню паяльного матеріалу. Тому під час пайки його необхідно видалити.
② Сильно поглинає гази. Титан і його сплави мають властивість поглинати водень, кисень і азот в процесі нагрівання, причому чим вище температура, тим сильніше поглинання, що призводить до різкого зниження пластичності і в'язкості титану. Тому пайку слід проводити у вакуумі або в інертній атмосфері.
③ Легко утворювати інтерметалічні сполуки. Титан і його сплави можуть реагувати з більшістю паяльних матеріалів, утворюючи крихкі сполуки, що спричиняє крихкість з’єднань. Таким чином, припой, який використовується для пайки інших матеріалів, в основному не підходить для пайки реактивних металів.
④ Структура та властивості схильні до змін. Титан і його сплави під час нагрівання зазнають фазових перетворень і укрупнення зерна. Чим вища температура, тим серйозніше огрубіння, тому температура для високотемпературної пайки не повинна бути занадто високою.
Підсумовуючи, під час пайки титану та його сплавів необхідно звертати увагу на температуру нагрівання пайки. Як правило, температура пайки не повинна перевищувати 950-1000 градусів, і що нижча температура пайки, то менший вплив на властивості основного матеріалу. Для загартованих і відпущених сплавів пайку також можна проводити за умови неперевищення температури старіння.
Щоб запобігти окисленню та реакціям поглинання кисню та водню в паяному з’єднанні, пайка титану та титанових сплавів виконується у вакуумі та інертній атмосфері, а полум’яна пайка, як правило, не використовується. При пайці у вакуумі або хлорі можна використовувати високочастотний нагрів, нагрівання в печі та інші способи, які відрізняються високою швидкістю нагріву і коротким часом витримки, що призводить до більш тонкого шару компаундів в зоні розділу і кращої роботи з'єднання. Тому необхідно контролювати температуру пайки та час витримки, щоб паяльний матеріал йшов у зазор.
Причина, чому пайку титану та його сплавів найкраще проводити у вакуумі та аргоні, полягає в тому, що хоча титан має велику спорідненість до кисню, він може отримати гладку поверхню у вакуумі 13,3 Па завдяки розчиненню оксидної плівки на поверхні.
Під час пайки в атмосфері аргону й температурному діапазоні 760-927 градусів необхідний аргон високої чистоти, щоб запобігти знебарвленню титану. Як правило, у контейнерах для зберігання холодоагенту використовується рідкий аргон, оскільки він має високу чистоту.
Під час пайки титану та титанових сплавів часто утворюються крихкі інтерметалічні сполуки на межі розділу або в зазорі, що знижує продуктивність паяного з’єднання. Дифузійне з’єднання може використовуватися для покращення характеристик паяного з’єднання. Під час пайки між титановими сплавами поміщають мідну фольгу, нікелеву фольгу або срібну фольгу товщиною 50 мкм, які відповідно утворюють евтектику Cu-Ti, Ni-Ti та Ag-Ti, спираючись на контактну реакцію між титаном і цими металами. Потім ці крихкі інтерметалічні сполуки дифундують. Дифузійне з'єднання має відносно хороші характеристики за певної температури та часу.
Крім того, + -фазові титанові сплави можна використовувати в відпаленому, обробленому розчином або зістареному стані. Якщо після пайки необхідний відпал, доступні три схеми: пайка при температурі відпалу або нижче температури відпалу після відпалу; пайка твердим припоєм при температурі вище температури відпалу та застосування сегментованого процесу охолодження в циклі пайки для отримання структури відпалу; і паяння при температурі, вищій за температуру відпалу, а потім відпал.