Как выполняется высокотемпературная пайка титана с алюминием, сталью, медью или керамикой?

Пайка титана с алюминием

Алюминиево-титановые конструкции сочетают в себе низкую стоимость, высокую удельную прочность и коррозионную стойкость, однако физическое несовпадение их свойств приводит к возникновению остаточных напряжений и образованию хрупких интерметаллидов TiAl. Присадочный материал должен смачивать обе поверхности, заполнять зазор и способствовать протеканию многокомпонентной реакции, ограничивающей образование TiAl.

Для вакуумной пайки чистого титана с чистым алюминием при температуре 600–620 °C использовались присадочные материалы Al30Ag10Cu, Al10Cu8Sn и Al10Si1Mg. На границах раздела фаз образуются соединения TiAl₃ с Ag₂Al или CuAl₂, либо Ti₇Al₅Si₁₂. При использовании припоя на основе Al-Si-Mg была получена наибольшая из зарегистрированных в данном сравнении прочность на сдвиг — 70 МПа. Добавление La и Pr к Al8,4Si20Cu10Ge позволило осуществить вакуумную пайку в печи Ti-6Al-4V с алюминием 6061 при 530 °C и повысить предел прочности при растяжении до 51 МПа.

Пайка титана с нержавеющей сталью

Используйте вакуум или аргон для предотвращения поглощения газов и окисления. Углерод, хром и никель, содержащиеся в нержавеющей стали, могут вступать в реакцию с титаном с образованием соединений TiC, TiCr и TiNi. Выбирайте присадочный материал с температурой плавления ниже температуры фазового перехода титана и избегайте добавок, вызывающих образование избыточной хрупкой фазы. При сварке Ti-6Al-4V с нержавеющей сталью 304 припой BNi7 продемонстрировал наилучшую смачиваемость среди припоев 40Ti-20Zr-20Cu-20Ni, Ag-5Pd, BNi2 и BNi7; более высокое содержание Ni также сдерживало рост бета-фазы. На воздухе смачиваемость может быть улучшена за счет использования серебряного присадочного материала с флюсом CuCl-AgCl и небольшой добавкой LiF.

Пайка титана с медью

При вакуумной пайке Ti-6Al-4V к хромовой бронзе QCr0,8 с использованием припоя AgCu28 образуются твердые растворы Ag и Cu, а также интерметаллиды CuTi. При температуре 890 °C в течение 10 минут максимальная прочность на сдвиг, согласно данным, составила 449 МПа. Припой на основе Ti-Ni-Zr-Cu позволяет соединять тонкостенный Ti-6Al-4V с бескислородной медью TU2; никелевое покрытие толщиной 10–20 мкм может ограничить растворение титана. При пайке тепло направляется в сторону меди с более низкой температурой плавления, что ограничивает плавление титана и образование соединения TiCu.

Пайка титана с керамикой

Керамика устойчива к высоким температурам, износу и коррозии, однако она сложна в формовке и обладает низкой вязкостью. С помощью пайки её можно соединять с прочными титановыми конструкциями, однако при этом необходимо решить две проблемы: плохую металлургическую смачиваемость, вызванную ионными или ковалентными связями, и остаточные напряжения, обусловленные несовпадением коэффициентов теплового расширения. Необходимо провести предварительную металлизацию керамики или добавить активный наполняющий элемент, а также снизить напряжения за счёт использования армирующего материала с низким коэффициентом теплового расширения, промежуточного слоя или соответствующей геометрии соединения.

Широко используются активные наполнители Ag-Cu-Ti и Ag-Ti. Ag-Cu-Ti эффективно смачивает керамику при температурах около 850–1 000 °C и способен обеспечивать сцепление обеих подложек; при температурах выше 1 000 °C его способность к смачиванию керамики заметно снижается.