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 (σв = 300 ... 600 МПа) и пластичный (δ = 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.
При выборе припоя, способа и режимов пайки необходимо иметь в виду, что титан образует хрупкие интерметаллиды в паяном шве почти со всеми элементами, входящими в припои. Поэтому в качестве основы припоя часто выбирают серебро, которое образует с титаном интерметаллиды, предположительно менее хрупкие, чем с другими металлами. Иногда за основу припоев выбирают алюминий, который образует 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 τ 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
Twitter
Вконтакте
Livejournal
Facebook
Мой Мир
Google Buzz
Gmail