Beste Lötmethoden für Titan und Titanlegierungen

Titan und seine Legierungen, die aus Elementen wie Eisen, Aluminium, Vanadium und Molybdän bestehen, weisen hervorragende physikalische und mechanische Eigenschaften wie hohe Festigkeit, hohe Hitzebeständigkeit und gute Korrosionsbeständigkeit auf. Sie werden häufig in High-Tech-Bereichen wie Chemieingenieurwesen, Schiffstechnik, Transportwesen, Medizin, Bauwesen, Luft- und Raumfahrt sowie in der Militärindustrie eingesetzt und sind wichtige Leichtbaumaterialien. Unter ihnen ist die Luft- und Raumfahrt ein wichtiger nachgelagerter Anwendungsbereich.
Titan und seine Legierungen sind reaktive Metalle und werden häufig in der Luft- und Raumfahrt-, Petrochemie- und Nuklearindustrie eingesetzt. Die Hauptprobleme beim Hartlöten von Titan und seinen Legierungen sind folgende:
① Der stabile Oxidfilm auf der Oberfläche. Titan und seine Legierungen haben eine starke Affinität zu Sauerstoff und bilden leicht einen stabilen Oxidfilm auf der Oberfläche, der die Benetzung und Ausbreitung des Lötmaterials behindert. Daher muss es beim Löten entfernt werden.
② Absorbiert Gase stark. Titan und seine Legierungen neigen dazu, während des Erhitzungsprozesses Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff zu absorbieren. Je höher die Temperatur, desto stärker die Absorption, was zu einem starken Rückgang der Plastizität und Zähigkeit von Titan führt. Daher sollte das Löten im Vakuum oder in einer inerten Atmosphäre durchgeführt werden.
③ Leicht zu bildende intermetallische Verbindungen. Titan und seine Legierungen können mit den meisten Lotmaterialien reagieren und spröde Verbindungen bilden, wodurch die Verbindungen spröde werden. Daher ist das zum Hartlöten anderer Werkstoffe verwendete Lotmaterial grundsätzlich nicht zum Hartlöten reaktiver Metalle geeignet.
④ Die Struktur und die Eigenschaften können sich ändern. Titan und seine Legierungen unterliegen beim Erhitzen einer Phasenumwandlung und Kornvergröberung. Je höher die Temperatur, desto stärker ist die Vergröberung, daher sollte die Temperatur beim Hochtemperaturlöten nicht zu hoch sein.
Zusammenfassend muss beim Löten von Titan und seinen Legierungen auf die Löterwärmungstemperatur geachtet werden. Im Allgemeinen sollte die Löttemperatur 950-1000 Grad nicht überschreiten. Je niedriger die Löttemperatur, desto geringer ist der Einfluss auf die Eigenschaften des Grundmaterials. Bei vergüteten Legierungen kann das Löten auch unter der Bedingung durchgeführt werden, dass die Alterungstemperatur nicht überschritten wird.
Um Oxidation und Sauerstoff- und Wasserstoffabsorptionsreaktionen in der Lötverbindung zu verhindern, wird das Löten von Titan und Titanlegierungen in einem Vakuum und einer inerten Atmosphäre durchgeführt; Flammlöten wird im Allgemeinen nicht verwendet. Beim Löten im Vakuum oder in Chlor können Hochfrequenzerwärmung, Ofenerwärmung und andere Methoden eingesetzt werden, die eine schnelle Aufheizgeschwindigkeit und kurze Haltezeit aufweisen, was zu einer dünneren Verbindungsschicht in der Grenzflächenzone und einer besseren Verbindungsleistung führt. Daher müssen die Löttemperatur und die Haltezeit kontrolliert werden, damit das Lötmaterial in den Spalt fließt.
Der Grund dafür, dass das Löten von Titan und seinen Legierungen am besten im Vakuum und unter Argon durchgeführt wird, liegt darin, dass Titan zwar eine große Affinität zu Sauerstoff hat, durch die Auflösung des Oxidfilms auf der Oberfläche jedoch im Vakuum von 13,3 Pa eine glatte Oberfläche erhalten kann.
Beim Löten in einer Argonatmosphäre und einem Löttemperaturbereich von 760-927 Grad ist hochreines Argon erforderlich, um eine Verfärbung des Titans zu verhindern. Im Allgemeinen wird flüssiges Argon in Kältemittellagerbehältern verwendet, da es eine hohe Reinheit aufweist.
Beim Löten von Titan und Titanlegierungen bilden sich häufig spröde intermetallische Verbindungen an der Grenzfläche oder im Lötspalt, wodurch die Leistung der Lötverbindung beeinträchtigt wird. Durch Diffusionsschweißen kann die Leistung der Lötverbindung verbessert werden. Beim Löten wird eine 50 μm dicke Kupferfolie, Nickelfolie oder Silberfolie zwischen die Titanlegierungen gelegt, die durch die Kontaktreaktion zwischen Titan und diesen Metallen Cu-Ti-, Ni-Ti- und Ag-Ti-Eutektika bilden. Anschließend diffundieren diese spröden intermetallischen Verbindungen ab. Die diffusionsgebundene Verbindung weist bei einer bestimmten Temperatur und Zeit eine relativ gute Leistung auf.
Darüber hinaus können + -Phasen-Titanlegierungen im geglühten, lösungsbehandelten oder gealterten Zustand verwendet werden. Wenn nach dem Löten ein Glühen erforderlich ist, stehen drei Schemata zur Verfügung: Löten bei oder unterhalb der Glühtemperatur nach dem Glühen; Hartlöten bei einer Temperatur oberhalb der Glühtemperatur und Anwendung eines segmentierten Abkühlungsprozesses im Lötzyklus, um eine Glühstruktur zu erhalten; und Hartlöten bei einer Temperatur oberhalb der Glühtemperatur und anschließendes Glühen.