Jak przebiega lutowanie twarde tytanu i stopów tytanu?

Czysty tytan to tytan alfa o ściśle upakowanej sieci heksagonalnej w temperaturze poniżej 882,5 °C oraz tytan beta o sieci sześciennej centrowanej w temperaturze od 882,5 °C do 1 668 °C. Właściwości lutownicze zależą od równowagi fazowej i obróbki cieplnej. Stop alfa jest stabilny, odporny na korozję i łatwo poddaje się lutowaniu; stopy alfa-beta charakteryzują się zrównoważonymi właściwościami; stopy beta są bardziej podatne na segregację i niestabilność termiczną.

Najważniejsze cechy lutowania twardego

1. Należy usunąć twardą, stabilną warstwę tlenku i zabezpieczyć oczyszczoną powierzchnię do czasu zakończenia lutowania twardego.
2. Ogrzany tytan pochłania tlen, wodór i azot, co znacznie zmniejsza jego plastyczność i wytrzymałość; należy stosować próżnię lub suchy gaz obojętny.
3. Ogrzewanie w temperaturze zbliżonej do temperatury przemiany alfa-beta lub powyżej niej może spowodować wzrost ziaren beta oraz powstanie igiełkowatych ziaren alfa-prime podczas gwałtownego schładzania.
4. Tytan wchodzi w reakcję z wieloma wypełniaczami. Poprawia to zwilżanie, ale może powodować rozpuszczanie metalu podstawowego lub tworzenie kruchych związków międzymetalicznych.

Rodziny lutów twardych

Luty twarde na bazie srebra, palladu, aluminium i tytanu

Wypełniacze srebrne były pierwszymi powszechnie stosowanymi układami w przypadku elementów tytanowych w temperaturach poniżej około 540°C. Dodatki miedzi zmniejszają zwilżalność wraz ze wzrostem ich zawartości; 0,2–0,5% Li może ją poprawić. Lit obniża również temperaturę topnienia i pomaga usunąć warstwy tlenku i azotku. Stopy Ag-Cu przy zawartości Cu powyżej około 15% mogą tworzyć kruche związki międzymetaliczne; dodatek niklu (Ni) wraz z niewielką ilością litu (Li) może poprawić wytrzymałość i udarność połączenia.

Pallad poprawia zwilżalność i wytrzymałość w wysokich temperaturach, ponieważ jest wzajemnie rozpuszczalny z tytanem i wieloma popularnymi składnikami wypełniającymi. Wypełniacze na bazie aluminium sprawdzają się w sytuacjach, gdy lutowanie musi odbywać się w temperaturze zbliżonej do temperatury starzenia. Wypełniacze na bazie tytanu wykorzystują Ni, Cu, Zr, Be lub inne stabilizatory beta w celu obniżenia temperatury topnienia. Zapewniają one mocne, odporne na korozję połączenia, ale mogą agresywnie rozpuszczać cienki materiał podstawowy lub tworzyć kruche warstwy dyfuzyjne.

Amorficzne luty twarde i kontrola procesu

Amorficzne wypełniacze tytanowe topią się w temperaturze około 840–900 °C, często co najmniej 40 °C poniżej temperatury transus beta typowych stopów tytanu. Ich jednolita postać w postaci folii o grubości 30–50 μm zapewnia dobre zwilżanie, płynność i jednolitą konsystencję spoiny.

Należy odtłuścić powierzchnię i usunąć warstwę tlenku za pomocą piaskowania lub odpowiedniego czyszczenia kwasowego. Lutowanie twarde należy przeprowadzać w atmosferze argonu lub w próżni, stosując ogrzewanie indukcyjne lub piecowe. Szybkie ogrzewanie i krótki czas utrzymywania temperatury ograniczają powstawanie warstw reakcyjnych na granicy faz; temperatura i czas muszą jednak nadal pozwalać na całkowite wypełnienie szczeliny połączenia przez materiał lutowniczy.