Come si esegue la brasatura del titanio con alluminio, acciaio, rame o ceramica?

Brasatura del titanio con l'alluminio

Le strutture in alluminio-titanio combinano basso costo, elevata resistenza specifica e resistenza alla corrosione, ma la loro incompatibilità fisica genera tensioni residue e composti intermetallici TiAl fragili. Il materiale di riempimento deve bagnare entrambi i lati, colmare lo spazio libero e favorire una reazione multicomponente che limiti la formazione di TiAl.

I materiali di apporto Al30Ag10Cu, Al10Cu8Sn e Al10Si1Mg sono stati utilizzati per la brasatura sotto vuoto di titanio puro su alluminio puro a una temperatura compresa tra 600 e 620 °C. Le loro interfacce formano TiAl₃ con Ag₂Al o CuAl₂, oppure Ti₇Al₅Si₁₂. Il materiale di apporto Al-Si-Mg ha prodotto la resistenza al taglio più elevata registrata in questo confronto, pari a 70 MPa. L’aggiunta di La e Pr all’Al8,4Si20Cu10Ge ha consentito la brasatura sotto vuoto in forno del Ti-6Al-4V all’alluminio 6061 a 530 °C e ha aumentato la resistenza alla trazione a 51 MPa.

Brasatura del titanio con l'acciaio inossidabile

Utilizzare il vuoto o l’argon per prevenire l’assorbimento di gas e l’ossidazione. Il carbonio, il cromo e il nichel presenti nell’acciaio inossidabile possono reagire con il titanio formando composti di TiC, TiCr e TiNi. Scegliere un materiale d’apporto con temperatura inferiore a quella di trasformazione del titanio ed evitare aggiunte eccessive che favoriscano la formazione di fasi fragili. Per il Ti-6Al-4V rispetto all’acciaio inossidabile 304, il BNi7 ha mostrato la migliore bagnabilità tra 40Ti-20Zr-20Cu-20Ni, Ag-5Pd, BNi2 e BNi7; un contenuto più elevato di Ni ha inoltre limitato la crescita della fase beta. All’aria, un materiale di apporto a base di argento con fondente CuCl-AgCl più una piccola aggiunta di LiF può migliorare la bagnabilità.

Brasatura del titanio con il rame

La brasatura sotto vuoto di Ti-6Al-4V su bronzo al cromo QCr0,8 con AgCu28 produce soluzioni solide di Ag e Cu, oltre a composti intermetallici CuTi. A 890 °C per 10 minuti, la resistenza al taglio massima riportata è stata di 449 MPa. Il materiale d'apporto Ti-Ni-Zr-Cu consente di unire Ti-6Al-4V a pareti sottili al rame privo di ossigeno TU2; un rivestimento di nichel di 10–20 μm può limitare la dissoluzione del titanio. La brasatura dirige il calore verso il lato del rame, che ha un punto di fusione più basso, per limitare la fusione del titanio e la formazione di TiCu.

Brasatura del titanio con la ceramica

La ceramica resiste al calore, all’usura e alla corrosione, ma è difficile da modellare e presenta una bassa tenacità. La brasatura consente di unirla a strutture in titanio, più resistenti, ma occorre risolvere due problemi: la scarsa bagnabilità metallurgica causata dal legame ionico o covalente e le tensioni residue dovute alla mancata corrispondenza dei coefficienti di dilatazione termica. È possibile premetallizzare la ceramica o aggiungere un elemento di riempimento attivo e ridurre le sollecitazioni tramite un rinforzo a bassa dilatazione, uno strato intermedio o una progettazione della geometria del giunto.

I riempitivi attivi Ag-Cu-Ti e Ag-Ti sono comunemente utilizzati. L’Ag-Cu-Ti bagna efficacemente la ceramica a temperature comprese tra 850 e 1.000 °C ed è in grado di legare entrambi i substrati; al di sopra dei 1.000 °C, la sua capacità di bagnare la ceramica diminuisce notevolmente.