Comment procède-t-on au brasage du titane et des alliages de titane ?

Le titane pur est du titane alpha, présentant un réseau hexagonal compact en dessous de 882,5 °C, et du titane bêta, présentant un réseau cubique centré entre 882,5 °C et 1 668 °C. Le comportement au brasage dépend de l'équilibre des phases et du traitement thermique. Les alliages alpha sont stables, résistants à la corrosion et se brasent facilement ; les alliages alpha-bêta offrent des propriétés équilibrées ; les alliages bêta sont plus sujets à la ségrégation et à l'instabilité thermique.

Caractéristiques clés du brasage

1. Il faut éliminer ce film d'oxyde résistant et stable, puis protéger la surface nettoyée jusqu'à la fin de l'opération de brasage.
2. Le titane chauffé absorbe l'oxygène, l'hydrogène et l'azote, ce qui réduit considérablement sa ductilité et sa ténacité ; il convient d'utiliser le vide ou un gaz inerte sec.
3. Un chauffage à une température proche ou supérieure à celle de la transformation alpha-bêta peut entraîner une croissance des grains bêta et la formation d'alpha-prime en forme d'aiguilles lors d'un refroidissement rapide.
4. Le titane réagit avec de nombreuses matières de charge. Cela améliore le mouillage, mais peut entraîner la dissolution du métal de base ou la formation de composés intermétalliques fragiles.

Familles de métaux d'apport

Métaux d’apport à base d’argent, de palladium, d’aluminium et de titane

Les matériaux de remplissage à base d’argent ont été les premiers systèmes largement utilisés pour les composants en titane à des températures inférieures à environ 540 °C. Les ajouts de cuivre réduisent le mouillage à mesure que leur teneur augmente ; une teneur en Li comprise entre 0,2 et 0,51 TP33T peut l’améliorer. Le lithium abaisse également la température de fusion et contribue à éliminer les films d’oxyde et de nitrure. Les alliages Ag-Cu contenant plus d’environ 15% de Cu peuvent former des composés intermétalliques fragiles ; l’ajout de Ni associé à une faible quantité de Li peut améliorer la résistance et la ténacité du joint.

Le palladium améliore le mouillage et la résistance aux hautes températures, car il est mutuellement soluble avec le titane et de nombreux constituants courants des métaux d'apport. Les métaux d'apport à base d'aluminium sont utiles lorsque le brasage doit se faire à une température proche de la température de vieillissement. Les métaux d'apport à base de titane utilisent du Ni, du Cu, du Zr, du Be ou d'autres stabilisateurs bêta pour abaisser la température de fusion. Ils permettent d'obtenir des assemblages solides et résistants à la corrosion, mais peuvent dissoudre de manière agressive les matériaux de base minces ou former des couches de diffusion fragiles.

Métaux d’apport amorphes et contrôle du procédé

Les matériaux d'apport en titane amorphe fondent entre environ 840 et 900 °C, soit souvent au moins 40 °C en dessous de la température de transition bêta des alliages de titane courants. Leur forme uniforme en feuille de 30 à 50 μm assure un bon mouillage, une bonne fluidité et une bonne homogénéité du joint.

Dégraisser et éliminer l'oxyde par sablage ou par un nettoyage à l'acide adapté. Effectuer le brasage sous argon ou sous vide, en utilisant un chauffage par induction ou au four. Un chauffage rapide et des temps de maintien courts limitent la formation de couches de réaction interfaciales ; la température et la durée doivent toutefois permettre au métal d'apport de combler entièrement l'interstice du joint.