Как осуществляется пайка титана и титановых сплавов?

Чистый титан представляет собой альфа-титан с плотноупакованной гексагональной решеткой при температуре ниже 882,5 °C и бета-титан с объемно-центрированной кубической решеткой в диапазоне от 882,5 °C до 1 668 °C. Характеристики пайки зависят от фазового состава и термической обработки. Альфа-сплавы отличаются стабильностью, коррозионной стойкостью и легко поддаются пайке; альфа-бета-сплавы обладают сбалансированными свойствами; бета-сплавы более подвержены сегрегации и термической нестабильности.

Основные характеристики пайки

1. Необходимо удалить прочную и устойчивую оксидную пленку и обеспечить защиту очищенной поверхности до завершения пайки.
2. Нагретый титан поглощает кислород, водород и азот, что резко снижает его пластичность и ударную вязкость; следует использовать вакуум или сухой инертный газ.
3. Нагрев до температуры, близкой к температуре фазового перехода альфа-бета или превышающей её, может привести к росту зерен бета и образованию игольчатых кристаллов альфа-прайм при быстром охлаждении.
4. Титан вступает в реакцию со многими наполнителями. Это улучшает смачиваемость, но может привести к растворению основного металла или образованию хрупких интерметаллических соединений.

Семейства припоев

Припои на основе серебра, палладия, алюминия и титана

Серебряные наполнители были первыми широко используемыми системами для титановых деталей при температурах ниже примерно 540 °C. Добавление меди снижает смачиваемость по мере увеличения её содержания; 0,2–0,51 TP33T Li может улучшить её. Литий также снижает температуру плавления и способствует удалению оксидных и нитридных плёнок. Сплавы Ag-Cu при содержании Cu выше примерно 15% могут образовывать хрупкие интерметаллиды; добавление Ni в сочетании с небольшим количеством Li может повысить прочность и вязкость соединения.

Палладий улучшает смачиваемость и прочность при высоких температурах, поскольку он взаимно растворим с титаном и многими распространенными компонентами припоя. Наполнители на основе алюминия полезны в тех случаях, когда пайка должна осуществляться вблизи температуры старения. В наполнителях на основе титана используются Ni, Cu, Zr, Be или другие бета-стабилизаторы для снижения температуры плавления. Они обеспечивают прочные, коррозионно-стойкие соединения, но могут агрессивно растворять тонкий основной материал или образовывать хрупкие диффузионные слои.

Аморфные припои и управление технологическим процессом

Аморфные титановые наполнители плавятся при температуре около 840–900 °C, что зачастую как минимум на 40 °C ниже температуры бета-трансуса распространенных титановых сплавов. Их однородная форма в виде фольги толщиной 30–50 мкм обеспечивает хорошее смачивание, текучесть и однородность шва.

Обезжирить и удалить оксид с помощью пескоструйной обработки или соответствующей кислотной очистки. Выполнить пайку в атмосфере аргона или в вакууме с использованием индукционного или печного нагрева. Быстрый нагрев и короткие времена выдержки ограничивают образование межфазных реакционных слоев; при этом температура и время должны быть достаточными для того, чтобы припой полностью заполнил зазор в соединении.