Hoe worden titanium en titaniumlegeringen hardgesoldeerd?

Zuiver titanium bestaat uit alfa-titanium met een dichtgepakte hexagonale roosterstructuur bij temperaturen onder 882,5 °C en uit bèta-titanium met een kubisch rooster met het middelpunt in het lichaam bij temperaturen tussen 882,5 °C en 1.668 °C. Het soldeergedrag hangt af van de fasebalans en de warmtebehandeling. Alfa-legeringen zijn stabiel, corrosiebestendig en laten zich gemakkelijk solderen; alfa-bèta-legeringen bieden evenwichtige eigenschappen; bèta-legeringen zijn gevoeliger voor segregatie en thermische instabiliteit.

Belangrijkste kenmerken van het hardsolderen

1. Er moet een harde, stabiele oxidefilm worden verwijderd en het gereinigde oppervlak moet worden beschermd totdat het hardsolderen is voltooid.
2. Verhit titanium neemt zuurstof, waterstof en stikstof op, waardoor de vervormbaarheid en taaiheid sterk afnemen; gebruik vacuüm of droog inert gas.
3. Verwarming tot een temperatuur die dicht bij of boven de alfa-naar-bèta-transformatie ligt, kan bij snelle afkoeling leiden tot de groei van bèta-korrels en naaldvormige alfa-prime-korrels.
4. Titanium reageert met veel vulstoffen. Dit verbetert de bevochtiging, maar kan het basismetaal oplossen of broze intermetallische verbindingen vormen.

Hardsoldeerlegeringsfamilies

Hardsoldeerlegeringen op basis van zilver, palladium, aluminium en titanium

Zilvervullers waren de eerste op grote schaal gebruikte systemen voor titaniumonderdelen bij temperaturen onder ongeveer 540 °C. Kopertoevoegingen verminderen de bevochtiging naarmate het gehalte stijgt; 0,2–0,5% Li kan deze verbeteren. Lithium verlaagt ook de smelttemperatuur en helpt bij het verwijderen van oxide- en nitridefilms. Ag-Cu-legeringen met een Cu-gehalte van meer dan ongeveer 15% kunnen broze intermetallische verbindingen vormen; Ni in combinatie met een kleine toevoeging van Li kan de verbindingssterkte en taaiheid verbeteren.

Palladium verbetert de bevochtiging en de sterkte bij hoge temperaturen, omdat het onderling oplosbaar is met titanium en veel gangbare vulstofcomponenten. Vulstoffen op basis van aluminium zijn nuttig wanneer het hardsolderen in de buurt van een verouderingstemperatuur moet plaatsvinden. Vulstoffen op basis van titanium maken gebruik van Ni, Cu, Zr, Be of andere bèta-stabilisatoren om de smelttemperatuur te verlagen. Ze zorgen voor sterke, corrosiebestendige verbindingen, maar kunnen dun basismateriaal agressief oplossen of broze diffusielagen vormen.

Amorfe hardsoldeerlegeringen en procesbeheersing

Amorfe titaniumvulstoffen smelten bij een temperatuur van ongeveer 840–900 °C, vaak minstens 40 °C onder de bèta-transus van gangbare titaniumlegeringen. Hun uniforme vorm als folie van 30–50 μm zorgt voor een goede bevochtiging, vloeibaarheid en consistentie van de lasnaad.

Ontvet en verwijder oxidatielaag door middel van straalreiniging of een geschikte zuurreiniging. Soldeer in argon of onder vacuüm met behulp van inductie- of ovenverwarming. Door snelle opwarming en korte houdtijden worden reactielagen aan de grensvlakken beperkt; de temperatuur en de tijd moeten er echter wel voor zorgen dat het vulmetaal de spleet in de verbinding volledig kan opvullen.