Najbolje metode lemljenja titana i titanovih legura

Titan i njegove legure, koje se sastoje od elemenata kao što su željezo, aluminij, vanadij i molibden, imaju izvrsna fizikalna i mehanička svojstva kao što su visoka čvrstoća, visoka otpornost na toplinu i dobra otpornost na koroziju. Naširoko se koriste u područjima visoke tehnologije kao što su kemijsko inženjerstvo, pomorsko inženjerstvo, transport, medicina, građevinarstvo, zrakoplovna i vojna industrija te su važni lagani strukturni materijali. Među njima, zrakoplovstvo je važno nizvodno područje primjene.
Titan i njegove legure su reaktivni metali i naširoko se koriste u zrakoplovnoj, petrokemijskoj i nuklearnoj industriji. Glavni problemi kod tvrdog lemljenja titana i njegovih legura su sljedeći:
① Stabilan oksidni film na površini. Titan i njegove legure imaju snažan afinitet prema kisiku i lako stvaraju stabilan oksidni film na površini, koji sprječava vlaženje i širenje materijala za lemljenje. Stoga se mora ukloniti tijekom lemljenja.
② Snažno apsorbira plinove. Titan i njegove legure imaju tendenciju apsorbiranja vodika, kisika i dušika tijekom procesa zagrijavanja, a što je viša temperatura, to je apsorpcija jača, što dovodi do naglog smanjenja plastičnosti i žilavosti titana. Stoga lemljenje treba provoditi u vakuumu ili inertnoj atmosferi.
③ Lako se formiraju intermetalni spojevi. Titan i njegove legure mogu reagirati s većinom materijala za lemljenje stvarajući krte spojeve, uzrokujući da spojevi postanu krti. Stoga, materijal za lemljenje koji se koristi za lemljenje drugih materijala u osnovi nije prikladan za lemljenje reaktivnih metala.
④ Struktura i svojstva su skloni promjenama. Titan i njegove legure tijekom zagrijavanja prolaze kroz faznu transformaciju i zrnatost. Što je viša temperatura, to je ogrubljivanje ozbiljnije, tako da temperatura za lemljenje na visokoj temperaturi ne smije biti previsoka.
Ukratko, kod tvrdog lemljenja titana i njegovih legura mora se obratiti pozornost na temperaturu zagrijavanja lemljenja. Općenito, temperatura lemljenja ne smije premašiti 950-1000 stupnjeva, a što je niža temperatura lemljenja, manji je utjecaj na svojstva osnovnog materijala. Za kaljene i poboljšane legure, lemljenje se također može provesti pod uvjetom da se ne prekorači temperatura starenja.
Kako bi se spriječila oksidacija i reakcije apsorpcije kisika i vodika u lemljenom spoju, lemljenje titanom i legurama titana izvodi se u vakuumu i inertnoj atmosferi, a lemljenje plamenom se općenito ne koristi. Kod lemljenja u vakuumu ili kloru mogu se koristiti visokofrekventno zagrijavanje, zagrijavanje u peći i druge metode koje imaju veliku brzinu zagrijavanja i kratko vrijeme zadržavanja, što rezultira tanjim slojem spojeva u zoni sučelja i boljom izvedbom spoja. Stoga se temperatura lemljenja i vrijeme zadržavanja moraju kontrolirati kako bi materijal za lemljenje tekao u raspor.
Razlog zašto se lemljenje titana i njegovih legura najbolje provodi u vakuumu i argonu je taj što, iako titan ima veliki afinitet prema kisiku, može dobiti glatku površinu u vakuumu od 13,3 Pa zbog otapanja oksidnog filma na površini.
Pri lemljenju u atmosferi argona i rasponu temperature lemljenja od 760-927 stupnjeva, potreban je argon visoke čistoće kako bi se spriječila promjena boje titana. Općenito, tekući argon se koristi u spremnicima za skladištenje rashladnog sredstva jer ima visoku čistoću.
Kod tvrdog lemljenja titana i titanovih legura često se stvaraju krti intermetalni spojevi na površini ili u međuprostoru za lemljenje, čime se smanjuje učinkovitost lemljenog spoja. Difuzijsko lijepljenje može se koristiti za poboljšanje učinkovitosti lemljenog spoja. Tijekom lemljenja, bakrena folija, folija od nikla ili srebrna folija debljine 50 μm postavlja se između legura titana, koje redom tvore eutektiku Cu-Ti, Ni-Ti i Ag-Ti oslanjajući se na kontaktnu reakciju između titana i ovih metala. Zatim se ti krti intermetalni spojevi rasprše. Spoj spojen difuzijom ima relativno dobru izvedbu pod određenom temperaturom i vremenom.
Osim toga, + -fazne legure titana mogu se koristiti u žarenom, otopinom tretiranom ili ostarjelom stanju. Ako je potrebno žarenje nakon lemljenja, dostupne su tri sheme: lemljenje na ili ispod temperature žarenja nakon žarenja; lemljenje na temperaturi iznad temperature žarenja i usvajanje segmentiranog procesa hlađenja u ciklusu lemljenja za dobivanje strukture žarenja; te tvrdo lemljenje na temperaturi iznad temperature žarenja i potom žarenje.