Comment réalise-t-on le brasage du titane avec l’aluminium, l’acier, le cuivre ou la céramique ?

Brasage du titane avec l’aluminium

Les structures en aluminium-titane allient faible coût, résistance spécifique élevée et résistance à la corrosion, mais leur incompatibilité physique engendre des contraintes résiduelles et la formation de composés intermétalliques TiAl fragiles. Le matériau de remplissage doit recouvrir les deux faces, combler l'espace libre et favoriser une réaction à plusieurs composants qui limite la formation de TiAl.

Les métaux d'apport Al30Ag10Cu, Al10Cu8Sn et Al10Si1Mg ont été utilisés pour le brasage sous vide du titane pur sur de l'aluminium pur à une température comprise entre 600 et 620 °C. Leurs interfaces forment du TiAl₃ avec de l’Ag₂Al ou du CuAl₂, ou encore du Ti₇Al₅Si₁₂. Le matériau d’apport Al-Si-Mg a permis d’obtenir la résistance au cisaillement la plus élevée rapportée dans cette comparaison, soit 70 MPa. L’ajout de La et de Pr à l’alliage Al8,4Si20Cu10Ge a permis le brasage sous vide en four du Ti-6Al-4V à l’aluminium 6061 à 530 °C et a augmenté la résistance à la traction à 51 MPa.

Brasage du titane avec l’acier inoxydable

Utilisez le vide ou l'argon pour éviter la captation de gaz et l'oxydation. Le carbone, le chrome et le nickel présents dans l'acier inoxydable peuvent réagir avec le titane pour former des composés de type TiC, TiCr et TiNi. Choisissez un métal d'apport dont la température de fusion est inférieure à celle du titane et évitez les ajouts excessifs susceptibles de former des phases fragiles. Pour le Ti-6Al-4V sur l’acier inoxydable 304, le BNi7 a présenté le meilleur mouillage parmi les mélanges 40Ti-20Zr-20Cu-20Ni, Ag-5Pd, BNi2 et BNi7 ; une teneur en Ni plus élevée a également limité la croissance de la phase bêta. À l’air, un métal d’apport à base d’argent avec un flux CuCl-AgCl et un faible ajout de LiF peut améliorer le mouillage.

Brasage du titane avec le cuivre

Le brasage sous vide du Ti-6Al-4V au bronze au chrome QCr0,8 avec de l’AgCu28 produit des solutions solides d’Ag et de Cu ainsi que des composés intermétalliques CuTi. À 890 °C pendant 10 minutes, la résistance au cisaillement maximale rapportée était de 449 MPa. Un métal d'apport Ti-Ni-Zr-Cu permet d'assembler du Ti-6Al-4V à paroi mince avec du cuivre sans oxygène TU2 ; un revêtement de nickel de 10 à 20 μm peut limiter la dissolution du titane. Le brasage dirige la chaleur vers le côté du cuivre, dont le point de fusion est plus bas, afin de limiter la fusion du titane et la formation de TiCu.

Brasage du titane avec la céramique

La céramique résiste à la chaleur, à l'usure et à la corrosion, mais elle est difficile à mettre en forme et présente une faible ténacité. Le brasage permet de l'assembler à des structures en titane résistantes, mais deux problèmes doivent être résolus : un mauvais mouillage métallurgique dû à des liaisons ioniques ou covalentes, et des contraintes résiduelles causées par une incompatibilité de dilatation thermique. Il convient de prémétalliser la céramique ou d’y ajouter un élément d’apport actif, et de réduire les contraintes à l’aide d’un renfort à faible dilatation, d’une couche intermédiaire ou d’une conception adaptée de la géométrie du joint.

Les charges actives Ag-Cu-Ti et Ag-Ti sont couramment utilisées. L'Ag-Cu-Ti assure un bon mouillage des céramiques à des températures comprises entre environ 850 et 1 000 °C et permet de lier les deux substrats ; au-delà de 1 000 °C, son efficacité en matière de mouillage des céramiques diminue considérablement.