Технологии пайки. Пайка титана и его сплавов

Титан по совокупности физико-механических свойств является одним из
важнейших современных конструкционных материалов. Он почти в 2 раза
легче, чем углеродистые стали и многие цветные сплавы, его плотность
равна 4,5 г/см3. Титан – высокопрочный (?в = 300 … 600 МПа) и
пластичный (? = 25 … 50 %) металл; его коррозионная стойкость в ряде
агрессивных сред превосходит коррозионно-стойкие стали. Титан довольно
широко распространен в природе; его в 10 раз больше, чем Mn, Cr, Cu, Zn,
V, Ni, Co, W и Nb вместе взятых. Эти и ряд других ценных свойств
открывают большие возможности для широкого применения титана в
промышленности.

На поверхности титана всегда имеется альфированный слой, насыщенный
атмосферными газами. Перед пайкой этот слой необходимо удалить
пескоструйной обработкой или травлением в растворе следующего состава:
20 … 30 мл H2NO3, 30 … 40 мл НСl на литр воды. Время травления 5 …
10 мин при 20 °С. После такой обработки на поверхности титана все же
остается тонкая оксидная пленка, препятствующая смачиванию его
поверхности припоем. Поэтому иногда пытаются паять титан с применением
специальных флюсов, по составу аналогичных флюсам для пайки алюминия. Но
соединения титана, паянные с применением таких флюсов, не отличаются
высоким качеством. Обычно пайку титана и его сплавов ведут в вакууме или
аргоне, который тщательно очищен от примесей кислорода, азота и паров
воды. Только в такой чистой атмосфере или в вакууме оксидная и нитридная
пленки на титане растворяются в металле при условии, что температура
пайки выше 700 °С.

Поэтому процесс пайки титана ведут обычно при температуре 800 … 900
°С, что способствует быстрой очистке поверхности титана и хорошему
смачиванию его припоями.

Пайку титановых сплавов при более высоких температурах производят
довольно редко (особенно печную), так как при его длительном нагреве при
температурах выше 900 °С отмечаются склонность к росту зерна и некоторое
снижение пластических свойств. Поскольку предел прочности основного
металла при этом практически не снижается, то в отдельных случаях
соединение титановых сплавов пайкой производят даже при 1000 °С.

Водород, всегда находящийся в титане и снижающий его пластичность,
удаляется при пайке (или нагреве) в вакууме 10-2 Па при температуре
около 900 °С, поэтому пайка титана в вакууме предпочтительнее, чем пайка
в нейтральной атмосфере.

???????;?ет с титаном ограниченную область твердых растворов, что
позволяет рассчитывать на получение менее хрупких паяных соединений.

При пайке титана в вакууме чистым алюминием, из-за образования в шве
интерметал-лидных фаз, соединения имеют практически нулевую прочность.
Толщина интерметаллидной прослойки уменьшается, если при пайке титана в
качестве припоя применяется алюминий, легированный Си, Fe, Ge, Mg, Mn,
Ni, Sb, Ti, Zr и Si. Все названные добавки (по 1 % в отдельности)
способствуют подавлению роста интерметаллидной прослойки. Наиболее
эффективное торможение обеспечивает 0,8 % Si в Al.

При пайке в вакууме титана таким припоем образуется интерметаллидный
слой небольшой толщины состава AI3Ti, но прочность соединений не
превышает 80 МПа. При применении другого припоя на основе Аl,
содержащего 4,8 % Si; 3,8 % Си; 0,2 % Fe и 0,2 % Ni, при пайке титана
ВТ1 в вакуумной печи при температуре 670 ± 10 °С и выдержке 5 мин
прочность соединений равна 140 МПа. Пайка ТВЧ в среде аргона при
температуре 720 ± 10 °С трубопроводов из сплава ВТ1 припоем на основе
алюминия, содержащего: 0,3 % Fe; 0,35 % Si и 0,05 % Сu, дает возможность
получить герметичные соединения с прочностью ? ср = 110 … 130 МПа.

Пайка титановых сплавов оловянно-свинцовыми и другими
низкотемпературными припоями применяется редко. В этом случае перед
пайкой титан покрывают никелем химическим или гальваническим способом.
Для увеличения сцепления никеля с титаном детали подвергают нагреву до
250 °С в течение 1 ч. После этого пайку производят теми же припоями и
флюсами, которые используют для чистого никеля. Паять титан и его сплавы
низкотемпературными припоями можно также после предварительного покрытия
изделий оловом, серебром или медью.

Для покрытия оловом подготовленное под пайку изделие быстро опускают на
10 … 20 мин в нагретое до 700 °С олово. Покрыть титан оловом можно и
при помощи флюса, в состав которого входит хлористое олово. Компоненты
флюса просушивают и применяют в мелкоразмолотом виде. Изделие покрывают
флюсом толщиной до 3 мм и нагревают в печи с нейтральной средой до 350
… 400 °С. Медное покрытие может быть получено погружением изделия на
несколько секунд в расплавленную хлористую медь или ее смесь с другими
хлоридами меди при 650 … 700 °С.

Серебром титан покрывают методом погружения изделия в расплавленное
серебро. После охлаждения деталь очищают от остатков флюса и шлака паром
или кипячением в воде с последующей зачисткой наждачной бумагой или
щеткой. Луженое изделие паяют легкоплавкими припоями с Тпл ? 200 °С с
применением канифольных флюсов.

Источник: Справочник по пайке. Под ред. И.Е.Петрунина. Москва,
Машиностроение, 2003

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter