I migliori metodi di brasatura per titanio e leghe di titanio

Il titanio e le sue leghe, composte da elementi come ferro, alluminio, vanadio e molibdeno, hanno eccellenti proprietà fisiche e meccaniche come elevata resistenza, elevata resistenza al calore e buona resistenza alla corrosione. Sono ampiamente utilizzati in campi high-tech come l'ingegneria chimica, l'ingegneria navale, i trasporti, la medicina, l'edilizia, l'industria aerospaziale e militare e sono importanti materiali strutturali leggeri. Tra questi, l’aerospaziale è un’importante area di applicazione a valle.
Il titanio e le sue leghe sono metalli reattivi e sono ampiamente utilizzati nelle industrie aerospaziale, petrolchimica e nucleare. I principali problemi nella brasatura del titanio e delle sue leghe sono i seguenti:
① La pellicola di ossido stabile sulla superficie. Il titanio e le sue leghe hanno una forte affinità per l'ossigeno e sono facili a generare sulla superficie un film di ossido stabile, che ostacola la bagnatura e la diffusione del materiale brasante. Pertanto deve essere rimosso durante la brasatura.
② Assorbono fortemente i gas. Il titanio e le sue leghe hanno la tendenza ad assorbire idrogeno, ossigeno e azoto durante il processo di riscaldamento e maggiore è la temperatura, maggiore è l'assorbimento, il che porta ad una forte diminuzione della plasticità e della tenacità del titanio. Pertanto, la brasatura deve essere eseguita sotto vuoto o in atmosfera inerte.
③ Composti intermetallici facili da formare. Il titanio e le sue leghe possono reagire con la maggior parte dei materiali di brasatura per formare composti fragili, rendendo fragili le giunzioni. Pertanto, il materiale di brasatura utilizzato per la brasatura di altri materiali non è sostanzialmente adatto alla brasatura di metalli reattivi.
④ La struttura e le proprietà sono soggette a cambiamenti. Il titanio e le sue leghe subiscono trasformazione di fase e ingrossamento del grano durante il riscaldamento. Più alta è la temperatura, più grave è l'ingrossamento, quindi la temperatura per la brasatura ad alta temperatura non dovrebbe essere troppo alta.
In sintesi, quando si brasa il titanio e le sue leghe, è necessario prestare attenzione alla temperatura di riscaldamento della brasatura. In generale, la temperatura di brasatura non deve superare i 950-1000 gradi e quanto più bassa è la temperatura di brasatura, tanto minore è l'impatto sulle proprietà del materiale di base. Per le leghe bonificate, la brasatura può essere effettuata anche a condizione di non superare la temperatura di invecchiamento.
Per prevenire reazioni di ossidazione e assorbimento di ossigeno e idrogeno nel giunto brasato, la brasatura del titanio e delle leghe di titanio viene eseguita sotto vuoto e in atmosfera inerte e generalmente non viene utilizzata la brasatura a fiamma. Durante la brasatura sotto vuoto o con cloro, è possibile utilizzare il riscaldamento ad alta frequenza, il riscaldamento in forno e altri metodi che hanno una velocità di riscaldamento elevata e un tempo di mantenimento breve, risultando in uno strato più sottile di composti nella zona di interfaccia e migliori prestazioni del giunto. Pertanto, la temperatura di brasatura e il tempo di mantenimento devono essere controllati per far fluire il materiale di brasatura nell'interstizio.
Il motivo per cui la brasatura del titanio e delle sue leghe viene eseguita meglio sotto vuoto e argon è che, sebbene il titanio abbia una grande affinità per l'ossigeno, può ottenere una superficie liscia nel vuoto a 13,3 Pa a causa della dissoluzione della pellicola di ossido sulla superficie.
Quando si esegue la brasatura in un'atmosfera di argon e l'intervallo di temperatura di brasatura è di 760-927 gradi, è necessario argon di elevata purezza per evitare lo scolorimento del titanio. Generalmente, viene utilizzato l'argon liquido nei contenitori di stoccaggio del refrigerante perché ha un'elevata purezza.
Durante la brasatura del titanio e delle leghe di titanio, spesso si formano fragili composti intermetallici sull'interfaccia o nello spazio di brasatura, riducendo così le prestazioni del giunto brasato. La saldatura per diffusione può essere utilizzata per migliorare le prestazioni del giunto brasato. Durante la brasatura, un foglio di rame, un foglio di nichel o un foglio di argento spesso 50μm vengono posizionati tra le leghe di titanio, che formano rispettivamente eutettici Cu-Ti, Ni-Ti e Ag-Ti basandosi sulla reazione di contatto tra il titanio e questi metalli. Quindi questi fragili composti intermetallici vengono diffusi. Il giunto incollato per diffusione ha prestazioni relativamente buone a una determinata temperatura e tempo.
Inoltre, le leghe in fase + -titanio possono essere utilizzate allo stato ricotto, trattato con soluzione o invecchiato. Se è necessaria la ricottura dopo la brasatura, sono disponibili tre schemi: brasatura alla temperatura di ricottura o al di sotto di essa dopo la ricottura; brasatura ad una temperatura superiore alla temperatura di ricottura e adozione di un processo di raffreddamento segmentato nel ciclo di brasatura per ottenere la struttura di ricottura; e brasatura ad una temperatura superiore alla temperatura di ricottura e quindi ricottura.