Пайка титану та його сплавів

ні кількості цирконію, виконують у вакуумі з залишковим розрідженням 1,33 . 10 -4 Па.

Для нагрівання титану при паянні використовують вакуумні або звичайні електропечі. В останньому випадку необхідна атмосфера вакууму або сухого інертного газу створюється в контейнері, що герметизується, з поміщеним в нього виробом. Контейнери виготовляють із тонколистової хромонікелевої корозійностійкої сталі. При нагріванні під паяння контакт титану зі стінками контейнера неприпустимий, щоб уникнути контактного плавлення з утворенням евтектики Ti—Ni. Тому виріб ізолюють прокладками з молібдену, слюди або кераміки, яка не відновлюється титаном (методом плазмового напилення наносять на пристрій шар оксиду алюмінію).

При паянні титану у вакуумі повинен бути відсутній контакт його з вуглецем, так як він має високу хімічну спорідненість з титаном. При використанні графітових нагрівачів покривають їх шаром А1203. Нагрівання контейнера з поміщеним у нього виробом невеликих розмірів можливе в розплавленій сольовій ванні. При паянні титану та його сплавів з локальним нагріванням застосовують, наприклад, променеве нагрівання або газове полум'я та флюс.

При газополум'яній пайці з флюсами рекомендують нагрівати деталі тільки після того, як припій укладений в зазор і поверхня титану, що піддається нагріванню, покрита флюсом. Застосовувані для паяння титану флюси малоактивні, часто забруднюють поверхню, що паяється; припої розтікаються по ній погано і не забезпечують стабільних механічних характеристик паяних сполук. Опір зрізу сполук з титану та його сплавів, паяних у киснево-ацетиленовому полум'ї срібними припоями з флюсами, становить 392-2254 МПа.

Досліди з ультразвуковоїпайку титану не дали позитивних результатів. Наприклад, після ультразвукового лудіння сплаву ОТ4 шари припоїв П200А та ПІС 61 виявилися слабко пов'язаними з основним металом.

Висока хімічна спорідненість титану коїться з іншими елементами, зокрема і металами, зумовлює його здатність утворювати з більшістю їх хімічні сполуки і широкі області обмежених твердих розчинів, найчастіше з евтектикою. Перитектики з титаном утворюють лише срібло (з хімічною сполукою TiAg) та вольфрам (без хімічної сполуки). Необмежені тверді розчини з титаном утворюють лише тугоплавкі метали (Zr, V, Mo, Nb). Серед них цирконій і ванадій утворюють тверді розчини з мінімумом температури плавлення, а молібден і ніобій — тверді розчини з температурою плавлення сплавів, що підвищується, при їх введенні.

Необхідність обмеження температури паяння титану та його сплавів пов'язана з великою швидкістю зростання його зерна та охрущуванням у присутності у сплаві кисню при температурах

вище 1000-1050 °С. Тому в якості основи припоїв для паяння титану та його сплавів використовують середньоплавкі метали - алюміній, срібло та легкоплавкий метал - олово, що утворюють з титаном хімічні сполуки або досить легкоплавкі евтектики, багаті на титан, мідь, нікель, кремній. При паянні титану та його сплавів такими припоями у шві можуть утворюватися прошарки хімічних сполук та тендітні евтектики, що містять ці сполуки. Внаслідок цього в паяному металі відсутня міжзеренна хімічна ерозія, але можливе крихтіння паяється при паянні.

Серед інтерметалідів, утворених титаном з іншими металами, TiNi має досить високу пластичність (б = 15%; КС = 37,9 Дж/м 2 ; ов = 852,6 МПа; tпл = 1300 ° С). Однак у паяних швахпри перитектичній реакції в процесі охолодження TiNi перетворюється на тендітний інтерметалід Ti2Ni. Інтерметалід Ti Ag, судна з його мікротвердості, значно пластичніший, ніж інтерметалід Ti2Cu.

Для паяння титану насамперед знайшли застосування срібні припої. При температурі перитектики у сплавах утворюється неконгруентне з'єднання TiAg та широка область твердих розчинів. Інтерметалід TiAg відносно пластичний, але з'єднання з титану, паяні сріблом, мають невисокий опір зрізу, зокрема, через велику різницю температурних коефіцієнтів лінійного розширення цієї фази і титану.

Введення в срібний припій більше 7-10% Сі після паяння готовим припоєм призводить до різкого зниження механічних властивостей з'єднання внаслідок утворення по кордоні з металом, що паяється, крихких інтерметалідів TiCu3 і Ti2Cu. Через нерівноважність процесу затвердіння при охолодженні паяного шва вже при вмісті в срібному припої понад 0,3 % Сі спочатку утворюється прошарок інтерметалідів у міддю, а потім ці нерівноважні фази розчиняються в припої, а по межі шва з основним металом утворюється рівновага прошарок TiAg.

Для паяння титанових сплавів застосовують також срібні припої, леговані паладієм і галієм, наступних складів (%): 1) 20 Pd, 3-10 Ga, Ag - інше; tп = 930-960 ° С; 2) 10 Pd, 90 Ag; tпл = 985 ° С, tп = 1000 ° С; 3) 7-15 Pd, 5-9 Ga, Ag - інше; tп = 930-960 ° С; 4) 3,5-6 Pd, 3,5-10 AI, Ag - інше; tп = 650-790 °С.

Технологія паяння з цими припоями: повільне нагрівання до 600 ° С у вакуумі (р = 1,33 . 10 -3 Па), заповнення робочої порожнини печі геллієм, швидке нагрівання до температури паяння, витримка при ній 2 хв і повільне охолодження (50 ° З/хв). Пайові сполуки, що при цьому отримуються, маютьвисокі механічні властивості, однофазні за структурою та бездефектні. Припої мають низьку ерозійну здатність по відношенню до титанових сплавів.

Іншою основою припоїв для капілярного паяння титану є алюміній. Цей метал утворює з титаном подвійну діаграму стану із хімічними сполуками. Однак швидкість зростання інтерметаліду TiAl3, що утворюється по кордоні з паяним металом при температурі паяння, невелика, що обумовлено порівняно високою енергією активації, що дорівнює 154 Дж/моль.

Алюмінієві припої при капілярному паянні титанових виробів знайшли застосування при виготовленні звукопоглинаючих стільникових панелей (при пайку обшивки із сотоблоками). Як припой застосований алюмінієвий сплав 3003 у вигляді фольги товщиною 0,2 мм. Паяння проводили у вакуумній печі при тиску 2,0 . 10 -4 Па. Виріб для запобігання стіканню припою піддавали обертанню через дверцята печі. Режим паяння: нагрівання до 679 ° С; витримка 3 хв з подальшим охолодженням шляхом напуску в піч газу за температури 66 °С. Для запобігання заплавлення отворів перфораційних використовували стоп-пасту з А120з у вигляді порошку зі зв'язкою з ізопрену і метакрилату. Паяні титанові панелі на 30-50% легше і мають у 3 рази більшу міцність на відрив обшивки та в 10 разів меншу втрату акустичних властивостей через перекриття перфораційних отворів, ніж зварні панелі з нікелевого сплаву інконель-625 [44].

Найважливішими депресантами титанових припоїв крім міді, нікелю є кобальт, кремній, германій, берилій. Температура плавлення найбільш легкоплавкої евтектики титану з цими елементами відповідно 1025, 1330, 1360, 1030±50 °С. Ці депресанти мають ще одну перевагу: кожен з них утворює досить широку область твердих розчинів з титаном та неконгруентні.хімічні сполуки щодо відносно невисокої температури розкладання (енергією активації), що є найважливішим принципом здійснення дифузійної пайки.

Високотемпературні евтектики титану з кремнієм і германієм знайшли застосування головним чином як припої для паяння тугоплавких металів, у тому числі з графітом. Вони утворюють корозійностійкі паяні сполуки і добре протистоять інтенсивному ядерному випромінюванню. З'єднання з титану або ніобію, паяні титановими припоями з кремнієм, здатні тривалий час працювати при температурі вище 1200 °С.

У контакті паяного металу А з припоєм А—В або можуть утворитися прошарки тільки тих хімічних сполук, які на діаграмі стану А—В розташовуються між паяним металом і припоєм. Між титаном та евтектиками Ti-Ni або Ti-Sn на відповідних діаграмах стану хімічних сполук немає. Тому при паянні титану припоями, що містять нікель або кремній у кількостях, не більших, ніж в евтектиці, по межі паяного металу та рідкого припою прошарку хімічних сполук не утворюються. Однак присутність у припої міді і кремнію, внаслідок чого кількість атомів алюмінію на одиницю площі металу, що паяється, змоченого

припоєм, що зменшується, може призвести до гальмування росту інтерметаліду TiAl3. Це підтверджується даними про те, що при паянні титанового сплаву припоєм Al-48% Si-3,8% Сu швидкість росту інтерметаліду TiAl3 при температурі 680 ° С в 3 рази менше, ніж при паянні припоєм А1-1,2% Мп; при температурі паяння 510°С утворюються галтельні ділянки, але крихкі інтерметалідні прошарки не виникають.

Введення алюмінію в срібні припої для зниження їхньої температури плавлення можливе лише в обмежених кількостях; зазвичай ця кількість не перевищує 5%. Дляполіпшення змочування такими припоями титану в проточному аргоні вводять в них

Найбільшу міцність паяних сполук можна забезпечити при паянні припоями на тій же основі, що і метал, що паяється, а також на основі металів, що утворюють з ним необмежені тверді розчини. Такою основою припоїв при пайці титану можуть бути цирконій та ванадій, що утворюють з титаном безперервні тверді розчини з мінімумом на діаграмі стану.

Внаслідок більш високої хімічної спорідненості цирконію до кисню, порівняно з титаном, пайка титану та його сплавів припоями, що містять цирконій, потребує більш високого вакууму (р = 1,33. 10 -4 Па) або збереження вакууму (р = 1,33). 10 - 1,33.10 -2 Па), але з попереднім очищенням простору контейнера сухим чистим аргоном.

Титан із більшістю металів утворює системи сплавів евтектичного типу. У всіх таких сплавах одна або дві фази евтектики є малопластичними хімічними сполуками. Тому титанові припої, леговані такими елементами, за винятком тугоплавких металів, з якими титан утворює безперервні ряди твердих розчинів з мінімумом, малопластичні і застосовуються у вигляді порошкових паст або у вигляді фольги, що складається з декількох шарів пластичних складових сплавів, що чергуються з прошарком. з нею в контактно-реактивне плавлення у процесі паяння.

Можлива контактно-реактивна дифузійна паяння сплаву ВТ14 з прошарком паладію при температурі 1160 ° С з витримкою 15 хв. Гомогенізуючий відпал проводиться при 900 °С протягом 12 год. Капілярна дифузійна паяння припоями Сu-Ti, Ni-Ti, Fe-Ti виконується при температурі 960 °С протягом 15 хв з гомогенізуючим відпалом при 900 °С протягом 10 годин. режими забезпечують рівноміцність паяних з'єднань зосновним матеріалом.

Автор:АдміністраціяЗагальна оцінка статті:Опубліковано:2012.02.11

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _