钛及钛合金的最佳钎焊方法
2021-11-12 10:57
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由钛与铁、铝、钒、钼等金属元素组成的合金，具有高强度、高耐热性和良好耐腐蚀性等优异的物理和力学性能。
由钛与铁、铝、钒、钼等金属元素组成的合金，具有高强度、高耐热性和优良的耐腐蚀性等优异的物理和力学性能，广泛应用于化工、海洋工程、交通运输、医疗、建筑、航空航天及军工等高科技领域。它们是极为重要的轻质结构材料，其中航空航天是其重要的下游应用领域。
钛及钛合金是活性金属，广泛应用于航空航天、石油化工和原子能等领域。钛及钛合金钎焊的主要问题体现在以下几个方面：
① 表面氧化膜稳定，且钛及其合金对氧具有很高的亲和力。其表面极易生成一层非常稳定的氧化膜，这会阻碍焊料的润湿与铺展。因此，在钎焊过程中必须将其去除。
② 钛及其合金在加热过程中具有强烈的吸氢、吸氧和吸氮倾向，且温度越高，吸气越严重，导致钛金属的塑性和韧性急剧下降。因此，钎焊应在真空或惰性气氛下进行。
③ 钛及其合金易于形成金属间化合物，能与大多数钎料发生化学反应，生成脆性化合物，使接头变得脆化。因此，用于钎焊其他材料的钎料通常不适用于活性金属的钎焊。
④ 组织与性能易发生变化。钛及其合金在加热过程中会发生相变并出现晶粒粗化现象，且温度越高，晶粒粗化越严重。因此，高温钎焊时的加热温度不宜过高。
总之，钛及其合金的钎焊过程中必须严格控制钎焊加热温度。一般而言，钎焊温度不宜超过950～1000℃。钎焊温度越低，对母材性能的影响就越小。对于经淬火时效处理的合金，也可在不超过时效温度的条件下进行钎焊。
为防止钎焊接头发生氧化、吸氧及吸氢等反应，钛及钛合金的钎焊通常在真空或保护气氛下进行，一般不采用火焰钎焊。在真空或氯气气氛下钎焊时，可采用高频加热、炉内加热等方式。此类方法加热速度快、保温时间短，界面区化合物层较薄，接头性能优良。因此，必须严格控制钎焊温度与保温时间，以确保钎料能够充分填充接头间隙。
钛及钛合金之所以最适合在真空和氩气环境中进行钎焊，是因为在真空钎焊过程中，尽管钛与氧的亲和力很高，但在13.3帕的真空度下即可获得光滑的表面，这是由于表面氧化膜能够溶解于钛中所致。
在氩气保护下、温度范围为760～927℃的钎焊过程中，需使用高纯度氩气以防止钛材变色。通常采用来自低温储罐的液态氩气，因其纯度较高。
在钛及钛合金的钎焊过程中，界面或钎缝处常会形成脆性化合物，从而降低钎焊接头的性能。为此，可采用扩散焊工艺来改善钎焊接头的性能。钎焊时，在钛合金之间放置厚度为50 μm的铜箔、镍箔或银箔，通过钛与这些金属之间的接触反应生成Cu–Ti、Ni–Ti和Ag–Ti共晶相。随后，这些脆性金属间化合物经扩散而消除；在特定温度和保温时间内进行扩散钎焊后，所得接头具有良好的性能。
此外，α+β相钛合金可在退火态、固溶处理态或时效态下使用。若钎焊后需进行退火处理，则可选择以下三种方案：在退火温度或低于退火温度下进行钎焊；在高于退火温度的条件下进行钎焊，并在钎焊过程中采用分段冷却工艺以获得退火组织；或在高于退火温度的条件下进行钎焊，随后再实施退火处理。
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