Пайка титана оловом

Технологический процесс пайки металлов

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/см 3 .

Титан высокопрочный (σ_в = 30 ÷ 60 кгс/мм 2 ) и пластичный металл (б = 25 ÷ 50%). Коррозионная стойкость титана в ряде агрессивных сред превосходит нержавеющие стали.

Титан довольно широко распространен в природе, его в 10 раз больше, чем Мп, Сr, Си, Zn, V, Ni, Со, Mn, W и Nb вместе взятых. Эти и ряд других ценных свойств открывают большие возможности 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 H₂N0₃, 30-40 мл.НCl на литр воды.

Время травления 5-10 мин при комнатной температуре. После такой обработки на поверхности титана все же остается тонкая окисная пленка, препятствующая смачиванию титана припоем.

Поэтому иногда пытаются паять титан с применением специальных флюсов, по составу и химизму действия аналогичных флюсам для пайки алюминия. Но соединения титана, паянные с применением таких флюсов, получаются недостаточно качественными.

Обычно пайку титана и его сплавов ведут в вакууме или в аргоне марки А, который тщательно очищен от примесей кислорода, азота и паров воды. Только в такой чистой атмосфере или в вакууме окисная 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 высокой температуре производят довольно редко, особенно печную, так как при длительном нагреве при температуре выше 900° С он склонен к росту зерна и к некоторому снижению 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- 4 мм рт. ст. 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 oграниченную область твердых растворов, что позволяет рассчитывать получение менее хрупких, паяных соединений.

Из указанных припоев практическое применение нашли серебряные припои, которые позволяют получить при пайке в печи при температуре 950-1000°С высокопрочные паяные соединения.

Так, например, при пайке титана ВТ1Д чистым серебром в атмосфере аргона предел прочности (σ_в) паяных соединений составляет 18- 20 кгс/мм 2 , а при пайке серебром, легированным марганцем (10-15%), предел прочности (σ_в) паяных соединений достигает 28 кгс/мм 2 .

При этом соединения, паянные чистым серебром, неустойчивы против коррозии и в течение года (в городской атмосфере) снижают свою прочность на 25-30%.

Еще более высокие значения предела прочности паяных соединений можно получить при высокотемпературной пайке титана припоями на основе никеля или меди (σ_в = 30 кгс/мм 2 ), но эти металлы очень быстро растворяют его, вызывая сильную эрозию и охрупчивание в зоне швов.

Для получения более пластичных и прочных соединений с успехом применяют диффузионную пайку титана, сущность которой заключается в том, что изделие, паянное минимально необходимым количеством припоя, например никелем, медью, железом, кобальтом и другими металлами, выдерживают при температуре пайки до тех пор, пока в паяном соединении не образуется пластичный твердый раствор. Прочность соединений, полученных таким способом, близка к прочности основного металла.

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 его подвергают нагреву до 250° С в течение 1 ч. После этого пайку производят теми же припоями и флюсами, которые применяют для чистого никеля.

Паять титан и его сплавы легкоплавкими припоями возможно также после предварительного покрытия деталей 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. Деталь 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 температуре 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 температурой плавления не более 200°С с применением канифольных флюсов.

Перед нанесением покрытия детали обрабатывают в соответствии с технологией, применяемой в гальванотехнике.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Пайка — титан

Пайка титана связана с некоторыми трудностями из-за сильной его химической активности при высоких температурах. Окислы титана тугоплавки и с большим трудом удаляются с помощью флюсов. При температурах выше 500 С титан активно вступает во взаимодействие с кислородом и азотом воздуха, а также со многими другими соединениями, отнимая у них кислород. [1]

Пайка титана и его сплавов осуществляется в электрических печах, токами высокой частоты, газопламенными горелками. Наилучшие механические свойства спая достигаются при пайке токами высокой частоты. Это объясняется тем, что в результате сокращения термического цикла при этом способе пайки отсутствует рост зерна, приводящий к охрупчиванию соединений. При пайке титановых сплавов целесообразно применять серебряные припои, имеющие температуру плавления ниже температуры рекристаллизации титана и выше температуры, требуемой для удовлетворения условий смачивания припоем паяных деталей. [2]

Пайка титана легкоплавкими оловянными и высокоплавкимн алюминиевыми припоями возможна только после предварительного лужения паяемой поверхности погружением в расплавленный припой при температурах, при которых тонкий слой пленки ТЮ2 может быть восстановлен вследствие растворения кислорода в титане при температуре 800 — 900 С. После устранения окисных пленок и нагрева в инертной среде смачивание титана оловом и алюминием хорошее. [3]

Пайка титана производится в сухих и чистых инертных газах ( аргон, гелий) или в вакууме. Среда инертных газов может быть проточной или застойной, в последнем случае обязательно предварительное вакуумирование контейнера до пайки или продувка его инертным газом. Чистота инертных газов и степень вакуума, а также подготовка паяемых поверхностей и температура пайки существенно влияют на растекаемость многих серебряных припоев. [4]

Для пайки титана и циркония ( в атмосфере аргона) наиболее пригодно чистое серебро. [5]

Возможна пайка титана на воздухе, но при этом необходимо защищать его от взаимодействия с газами покрытиями, предварительно нанесенными ( гальванические, химические) на поверхности изделия, подвергаемые нагреву. Для покрытий используют медь, хром, никель, кобальт, благородные и другие металлы; применяют также многослойные покрытия из разных металлов. [6]

Особенности пайки титана и титановых сплавов определяются его высокой химич. В связи с большой растворимостью кислорода и азота в титапе на его поверхности при нагреве на воздухе образуется альфировашшй хрупкий спой, а также стойкие окислы титана. Водород, мало растворимый в альфа-титане, образует в альфа-сплавах гидриды титана, охрупчивающие их; водород в бета-титане растворим в большей степени и ускоряет эвтектоид-ный распад в a — f — fS — титановых сплавах. HF, 950 см. Н20 в течение 4 — б мин. При пайке серебряными припоями и припоями Ti-Ni детали нагревают в среде проточных чистых и сухих нейтральных газов, чаще всего в аргоне. Пайка сплава ВТ1 оловом и припоем ПОС40 возможна также в среде чистого сухого проточного аргона. При лужении титана алюминием применяют флюсы для пайки алюминиевых сплавов. [7]

При пайке титана и его сплавов такими припоями в шве могут образовываться прослойки химических соединений и хрупкие эвтектики, содержащие эти соединения. Вследствие этого в паяемом металле отсутствует межзеренная химическая эрозия, но возможно охрупчиванне паяемого металла при пайке. [8]

При пайке титана ОТ4 с нанесенным на его поверхности тонким слоем меди ( 15 мкм) при 1000 С в течение 40 мин исчезает эвтектическая прослойка, возникающая при контактно-реактивном плавлении меди и титана. Остаточная р-фаза не образуется. [9]

При пайке титана ВТ1 с медью Ml серебряными припоями наблюдается не только образование прослойки хрупкого интерметаллида CusTi по границе шва с титаном, но и интенсивное проникновение жидкой фазы по границам зерен меди и сильная ее эрозия, что, по-видимому, связано с развитием реактивной диффузии второго рода. В местах проникновения жидкой фазы в медь обнаруживается обычно резкое укрупнение ее зерен. [10]

При пайке титана , так же как и при его обработке, газонасыщенный ( альфированный) слой приводит к значительным трудностям в обеспечении растекаемости припоя. Поэтому перед пайкой титана и титановых сплавов рекомендуется слой удалять известными способами, например механическим или травлением в кислотах. Нагрев до такой температуры при указанном виде защиты от окисления способствует смачиваемости припоя и обеспечению пайки. Выше температуры 900 С нагревать титан не рекомендуется из-за склонности его к росту зерна и, соответственно, падению пластичности, хотя прочность при этом практически не снижается. В качестве припоев для пайки титана и титановых сплавов находят применение припои на основе никеля или меди, а также серебра. Иногда как основу припоя используют алюминий, образующий с титаном ограниченную область твердых растворов. [11]

Перед пайкой титана с алюминием или алюминиевыми сплавами применяют предварительное алитирование титана в жидком алюминии, перегретом до температуры 720 — 790 С. Перед погружением титана в ванну поверхность жидкого алюминия раскисляют флюсами, содержащими хлористые и фтористые соли щелочных металлов ( например, флюсом 84А); длительность алитиро-вания обычно не превышает 10 — 12 мин. Пайка титана и его сплавов на воздухе легкоплавкими оловянными припоями может быть выполнена только по предварительно нанесенному покрытию из химического или гальванического никеля, меди, олова. [12]

Перед пайкой титана с алюминием или алюминиевыми сплавами применяют предварительное алитирование титана в жидком алюминии при нагреве до 720 — 900 С. Перед погружением титана в ванну поверхность жидкого алюминия раскисляют флюсами, содержащими хлористые и фтористые соли щелочных металлов ( например, флюсом 34А); длительность алитирования обычно не превышает 10 — 12 мин. [13]

В случае пайки титана через прослойку меди, никеля и сплавов медь — — никель образование жидкой фазы происходит в результате контактного плавления. Дальнейшее формирование спая происходит в результате растворно-диффузионных процессов. [14]

Известен способ реактивно-флюсовой пайки титана с флюсами, содержащими большое количество хлорида олова или серебра. Лужение с помощью реактивных флюсов основано на реакции восстановления, которая происходит между титаном и хлоридом металла. [15]

ПАЙКА ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ

Титан и сплавы на его основе обладают высокой активностью к взаимодействию с большинством газов (кислородом, азотом, водородом) и почти со всеми элемен­тами, входящими в состав припоев. Последствием такого взаимодействия является снижение пластических свойств металла и образование на границе припой—титан интерметаллических соединений, охрупчивающих спай.

В связи с высокой активностью титана смачивание его припоями при темпе­ратурах выше 750—800° С обычно не вызывает трудностей. При температурах выше 750—800° С происходит растворение кислорода в титане и своеобразная
самоочистка поверхности. Эти процессы возможны при нагреве в среде нейтраль­ных газов аргона, гелия высокой чистоты или в вакууме.

Одним из способов уменьшения влияния примесей кислорода в нейтральной газовой среде и в вакууме является применение негерметичных защитных экранов (рис. 3), ограничивающих объем газовой среды, способной взаимодействовать с поверхностью детали. При применении защитных экранов кислород в объеме экрана быстро исчерпывается и в процессе дальнейшего нагрева происходит очи­стка поверхности титана. Такой же механизм очистки поверхности наблюдается и в нахлестке соединений. В связи с этим при печном относительно длительном на­греве затекание припоя в зазор и его заполнение происходит достаточно активно, однако поверхности деталей после пайки оказываются темными. При применении за­щитных экранов поверхность деталей после пайки не темнеет и имеет цвет металла в исходном состоянии.

Пайку титана и его сплавов можно про­водить при температурах до 1000е С; при более высоких температурах наблюдается заметный рост зерна основного металла, снижение его прочностных свойств и умень­шение угла изгиба а.

1 — герметичный контейнер; 2 —* защитный экран; 3 — паяемый об­разец; 4 — припой

В табл. 8 приведены механические свой­ства сплава ОТ4 толщиной 1 мм после нагре­ва по режимам пайки и механические свой­ства этого сплава после лужения припоями ПСр 72 и ПСр 85—15 при различных гем — пера турах. Механические свойства сплава ОТ4 при нагреве до температур пайки и по­следующем контакте с припоем заметно сни­жаются. Сказанное позволяет считать, что

основные трудности пайки титана и его сплавов заключаются в защите поверх ности деталей от взаимодействия с газами и предотвращении образования иш терметаллических соединений на границе припой—титан.

В настоящее время наметились определенные направления в решении проб лемы пайки титана.

1. Пайка по барьерным или защитным покрытиям, исключающим взаимодей­ствие титана с припоем.

2. Диффузионная пайка, основанная на использовании тонких покрытий из металлов (например, меди и никеля), образующих в контакте с титаном легкоплав-

8, Изменение механических свойств сплава ОТ4, нагретого по режимам пайки без припоев и с припоями

шческие СВ кге/мм2

* Толщина покрытия 10—15 мкм.

кие эвтектики с последующим рассасыванием их в процессе выдержки при повы­шенных температурах.

3. Применение порошковых припоев на основе гитана с добавками меди, никеля, циркония с ограничением количества жидкой фазы из элементов, раство­ряющихся в титановой основе припоя.

4. Применение серебряных припоев с ограниченным содержанием меди.

В качестве барьерных покрытий при пайке титана используют медные, нике­левые, хромо-никелевые, кобальто-никелевые покрытия.

Пайка по медным и никелевым покрытиям позволяет получить хорошие результаты при ограниченной температуре нагрева под пайку, не превосходящей температуры образования эвтектики в системах Ті—Си, Ті—Ni.

Так, при пайке сплава ОТ4 по медному покрытию припоем ПСрМО 68-27-5 максимальная прочность получена при температурах пайки 790—810° С; при более высоких температурах начинается растворение медного покрытия в титане и прочность соединения снижается [1].

Применение хромоникелевого и кобальто-никелевого покрытий снимает ограничения по температуре, однако прочность соединений определяется проч­ностью на границе припой—покрытие и зависит от качества нанесения покрытии и прочности его сцепления с поверхностью титана.

Диффузионная пайка титана по тонким слоям металлов, нанесенных гальва­ническим способом или термовакуумным напылением, обеспечивает получение высоких прочностных свойств паяных соединений (тср = 40-ь-60 кгс/мм2) [4].

Режимы диффузионной пайки для различных покрытий приведены в табл. 9.

При пайке титана порошковыми припоями системы Ті—Си—Ni—Zr, основу которых составляет титан, получены высокие значения прочности (тср = 40-f — — І-50 кгс/мм2).

В припоях содержится, как правило, до 40—50% титана и циркония, а также медь и никель, образующие легкоплавкие эвтектики с титаном и цирконием. При гаком составе припоев сохраняется температура пайки в интервале 950—

В промышленности нашел применение припой ВПр 16, позволяющий вести пайку при температурах 920—960° С. Прочность соединений, паяных припоем ВПр 16, возрастает с увеличением времени выдержки при температуре пайки.

В соединениях, паянных серебряными припоями, прочностные свойства определяются характером взаимодействия титана с компонентами, входящими в состав припоев, таких, как медь, никель, серебро, цинк и др. [11].

Сопротивление срезу соединений, паянных серебряными припоями, 10— 23 кгс/мм2, а предел выносливости о_х на базе 107 циклов 8—20 кгс/мм2.

Охрупчивание титана под действием расплавленных серебряных припоев и получение низких прочностных свойств обусловлено образованием интерметал­лических соединений типа Ti2Cu, TiAg, Ti2Ni и др. Из многих серебряных припоев

наибольшую прочность при пайке можно получить, применяя серебряные припои с ограниченным содержанием меди.

Припои, содержащие до 28% Си, такие как ПСр 72, ПСр 62, ПСрМО 68-27-5 образуют на границе титан—припой нитерметаллические соединения с концен­трацией меди до 35—40%, что приводит к снижению прочностных свойств паяных соединений. Для сплавов ОТ4-1 и ВТ20 получены тСр = 10—15 кгс/мм2, a_j = = 8-f-lO кгс/мм2.

При пайке припоем ПСр 92 концентрация меди на границе титан—припой остается на уровне 8—10%, что позволяет получить более высокие прочностные свойства паяных соединений (тср = 18-г-22 кгс/мм2, a_j = 15-М8 кгс/мм2).

Результаты измерения твердости и распределения химических элементов по сечению паяных соединений для припоев ПСр 72 и ПСр 92 приведены на рис. 4. Эти же данные подтверждаются японскими учеными, которые считают, что содер­жание меди в серебряных припоях для пайки сплавов титана не должно пре­вышать 10%, а в случаях превышения указанного содержания меди в припое в состав припоя целесообразно вводить никель, образующий с медью твердый раствор и тем самым снижающий концентрацию меди на границе припой—титан.

Пайка титана низкотемпературными припоями затруднена из-за окисной пленки, находящейся на его поверхности. В связи с этим пайку указанными припоями можно проводить в безокислительной среде при температурах выше 750е С или на воздухе по покрытиям при более низких температурах. В качестве покрытий наибольшее распространение получили: никель, наносимый галь­ваническим и химическим способами, и медь, наносимая гальваническим спосо­бом. Возможно горячее лужение титана оловом в ваннах при температурах выше 700—750е С и процесс пайки оловом в вакууме или аргоне при тех же темпера­турах.

Цинковые и кадмиевые припои

#1 Точмаш 23

Цинковые припои

Цинк среди других легкоплавких металлов (олова, свинца, кадмия) имеет наиболее высокую температуру плавления (419 °С).

При легировании цинка кадмием, оловом, алюминием температура плавления понижается вследствие образования легкоплавких эвтектик. Наиболее сильно снижается температура начала плавления при легировании цинка оловом (199 °С); эвтектика Zn — Cd плавится при 266 °С, а эвтектика Zn — А1 при 382 °С.

При введении в цинк серебра или меди температура плавления цинковых сплавов вследствие образования перитектики повышается. В настоящее время изучены и применяются в качестве припоев некоторые цинковые сплавы с алюминием, кадмием, медью, серебром, оловом, свинцом, температура расплавления которых находится в интервале 340—480 °С.

Цинковые припои имеют ряд особенностей, определяющих их применение. Подавляющее большинство припоев на цинковой основе отличается относительно низкой пластичностью, невысокой прочностью и плохой способностью к растеканию и затеканию в зазор.

Легирование цинка оловом, алюминием, кадмием приводит не только к снижению температуры начала и конца затвердевания припоев, но существенно влияет на их механические свойства. Так, например, среди сплавов Zn—Sn наиболее прочны и достаточно пластичны сплавы, содержащие 20—30 % Sn. Однако эти сплавы имеют большой интервал кристаллизации (199—375 °С) и, что особенно важно, низкую температуру солидуса и поэтому неперспективны для пайки соединений, работающих в условиях нагрева до температур 200—250 °С X. К. Харди показал, что относительное удлинение цинковых сплавов с оловом (20—25 % Sn) в значительной степени зависит от скорости охлаждения при затвердевании. Относительное удлинение сплава, отлитого в кокиль, подогретый до температуры 200 °С, составляет 5,2 %.

Припои системы Zn—Cd отличаются весьма низкой пластичностью даже в том случае, когда содержание в них кадмия достигает 40 % (П300А). Малопластичны и сплавы цинка с алюминием, близкие по составу к эвтектике Zn — 5 % Al (t_пл= 380 °С).

Пластичность припоев на основе цинка, легированных алюминием, и паянных ими соединений может быть несколько повышена при введении в них 1—5 % А1; при этом температура плавления сплава повышается примерно на 20 °С (припой ПСр5КЦН). Относительно пластичны сплавы цинка с небольшими количествами меди (

Цинк с алюминием образует эвтектику и широкую область твердых растворов. Цинковые припои для уменьшения эрозионного действия на алюминиевые сплавы легируют элементами, снижающими их температуру плавления и имеющими низкую предельную растворимость алюминия при температурах пайки. К таким элементам относятся, например, олово и свинец. Однако свинец в отличие от олова, образующего с цинком эвтектику, химически слабо взаимодействует с цинком (диаграмма состояния с монотектикой).

Введение в цинковые припои системы Zn—А1—Si РЗМ улучшает их плотность и повышает смачивающую способность по отношению к алюминию при пайке и напайке воздушно-пропановым пламенем. Термодинамический анализ показал возможность протекания процесса восстановления оксидов алюминия, марганца, кремния церием и празеодимом. Оксиды магния этими редкоземельными элементами не восстанавливаются.

Соединения, паянные припоем № 1, не корродируют в кипящей воде после выдержки в течение 100 ч (Пат. № 55-60-40 Япония, кл. В 23 К 35/28, С 22 С 18/04), паянные припоем № 4 — имеют хорошую коррозионную стойкость в промышленной атмосфере и сопротивление срезу паяных соединений т_ср = 65,84—74,6 МПа. Припой № 6 нашел применение для абразивной пайки и для пайки с газопламенным нагревом (по данным Е. А. Подольского и др.), припой № 8 — для ультразвуковой пайки труб погружением, припой № 9 — для флюсовой пайки (по данным А. А. Савицкого и Р. Е. Есинберлина). Коррозионная стойкость припоя № 3 обеспечивается при использовании цинка чистотой 99,99.

Среди припоев на основе цинка нашел применение припой Zn — 7 %Cu с температурой плавления 350—400 °С. Припой пластичен и прокатывается в фольгу толщиной 100 мкм.

Эвтектики Zn—Al и Zn—Al—Си недостаточно хорошо растекаются по меди и заполняют зазоры. Добавление к ним небольших количеств олова и свинца улучшает заполнение зазоров.

Цинковые припои, легированные значительными количествами алюминия или алюминия и меди, малопригодны для пайки меди и латуни из-за плохой растекаемости по этим металлам (даже с наиболее активными флюсами, содержащими хлористый цинк), а также из-за низкого временного сопротивления разрыву паяных соединений, достигающего 14,7 МПа. Не улучшает технологических свойств этих припоев также и легирование серебром (5— 35%).

Способность цинковых припоев, содержащих алюминий и медь (2,5—5 %), к растеканию и затеканию в зазор существенно улучшается при введении в них свинца и олова. Припой ПЦА8М, содержащий 8 % А1, 5 % Си, 1,4% Pb, 0,6 % Sn, Zn — остальное, плавящийся в температурном интервале 360—410°С, вполне удовлетворительно растекается по меди и особенно по латуни с флюсом ФЦ37. Увеличение содержания олова в ^рипоях этого типа до 5 % вызывает их охрупчивание.

Растекание цинковых припоев по меди и латуни улучшается также при введении в них кадмия. Наиболее прочные соединения из меди получаются при электроконтактной пайке припоем ПЦА8М с флюсом ФЦ-37.

При пайке соединений из алюминия, меди и стали, работающих при температуре 100—150 °С, Танака Уру и другие предложили припой, содержащий 2—7 % Ag, 1—2,5 % Сu; 1—7 % А1, 0,5— 1 % Сг, Zn — остальное. Температура плавления такого припоя 380—415 °С. При низкотемпературной пайке тонкостенных изделий небольшого размера из алюминия, стали или меди может быть использован цинковый припой, легированный 0,5—0,7 % Ag, 0,5— 2,5 % Сu, 0,5—2 % Сr. Температура плавления этого припоя 400—500 °С. Соединения, паянные таким припоем, работают до температуры 200 °С и имеют коррозионную стойкость, более высокую, чем соединения, паянные свинцом или оловянно-свинцовыми припоями.

Содержание тех же компонентов в цинковых припоях, обеспечивающих повышенную теплостойкость, может быть несколько иным: 1,5 % А1, 0,5—2 % Си, 0,5—0,75 % Сг и (или) 0,05—0,75 % Ni, Zn — остальное. Температурный интервал плавления такого припоя 400—500 °С, временное сопротивление в литом состоянии составляет более 98 МПа. Повышенное сопротивление срезу паяных соединений обеспечивается при введении в него 0,3—1 % А1, 0,03—0,2 % Mg. Магний, вероятно, замедляет развитие межзеренной коррозии цинковых сплавов. Припой может быть использован в виде прутков и прессованной проволоки.

Отмечается, что в цинковых припоях, предназначенных для пайки алюминия и алюминия с медью, бронзой, железом и др. и содержащих 0,5—4,5 % AI, 0,1—4 % Си, 0,005—0,08 % Mg, до 0,5 % Сг, Zn — остальное, примеси, образующие с цинком легкоплавкие эвтектики, имеют отличный от цинка электродный потенциал и поэтому ускоряют точечную коррозию припоя. Содержание примеси олова, свинца и кадмия в подобных цинковых припоях не должно превышать 0,01 %. Железо не влияет на коррозионную стойкость и смачиваемость цинковых припоев; его содержание как примеси допустимо до 0,1 %. Для обеспечения высокой коррозионной стойкости цинковых припоев их изготовляют из достаточно чистых металлов.

Для пайки алюминиевых сплавов со сталью и медными сплавами рекомендован цинковый припой, содержащий 2—7 % Ag; 1—2,5% Cu, 1—7% Al, 0,1 — 1,5% Ni. Температура пайки t_n = = 350 °С, поэтому припой пригоден для алюминиевых сплавов, упрочняемых в процессе старения. Припой хорошо растекается и смачивает паяемую поверхность; отличается хорошей прочностью и пластичностью.

По Дж. А. Тейлору, в цинковые припои, предназначенные для пайки оцинкованного железа и содержащие Zn—(10—50) % Cd, для упрочнения можно вводить 0,5—2 % Мп, 0,01—0,5 % Li и 0,01 — 1 % Na. Эти элементы образуют с цинком тонкодисперсные интерметаллиды, входящие в эвтектику, и упрочняют припой. Припой Zn—5 % Al—4,9 % Сu—0,lMg с температурой плавления 370—454 °С может быть применен для бесфлюсовой пайки алюминия, например телескопических соединений трубчатых деталей после их предварительного лужения; рекомендуемый зазор 25— 190 мкм. Есть сведения, что в припоях такого типа для дальнейшего повышения их коррозионной стойкости может быть введен хром (0,05—0,5 %) и повышено содержание магния. Припой, содержащий 0,5—4,5 % А1, 0,4—4 % Си и 0,1 % Mg, а также 0,05—0,5 % Сг, отличается высокой коррозионной стойкостью и хорошей смачиваемостью.

Высокие механические свойства соединений из алюминиевых сплавов, паянных цинковыми припоями, могут быть обеспечены также при введении в припой: 1) 2—7 % Ag, 1—7 % Си; 0,05— 0,15 % Ti или 2) 2—7 % Ag; 1—2,5 % Сu; 1—7 % А1; 0,5—1 % Сг.

Технология пайки титана в домашних условиях

Титан по физико-механическим характеристикам выступает в качестве наиболее важного современного конструкционного материала. Его довольно широко используют в промышленности и быту, поэтому в некоторых случаях производится его пайка. Его вес практически в 2 раза меньше, если производить сравнение с углеродистыми сталями и рядом цветных сплавов. Показатель его плотности эквивалентен 4,5 г/см 3 . Титан – очень прочный (минимальный показатель σв равен 300 МПа), пластичный (δ эквивалентен пределу от 25 до 50 %) металл; показатель его коррозионной устойчивости в некоторых агрессивных средах превышает данную характеристику, свойственную коррозионно-стойким сталям.

Аргоно-дуговая сварка титана.

Особенности пайки титана

На поверхности титана есть альфированный налет, который предполагает наличие атмосферных газов. Перед процессом пайки упомянутый слой следует устранять, применяя для этого пескоструйную обработку, заменить которую можно методом травления в смеси с определенным составом: 20-30 мл H2NO3, 30-40 мл НСl и 1 л воды. Период травления должен быть ограничен 5-10 мин. тогда как температурный показатель должен быть равен 20° С. После подобной обработки на поверхности материала все же будет присутствовать оксидный налет незначительной толщины, он станет препятствовать смачиванию основания припоем. По этой причине в домашних условиях мастера пытаются паять материал с использованием специальных флюсов, состав которых походит на тот, что имеют флюсы, предназначенные для работы с алюминием. Однако стоит быть готовым к тому, что сопряжения, получаемые посредством подобных флюсов, не обладают значительной прочностью и качеством.

Схема лазерной пайки расклинивающих пластин.

Как правило, титан и его сплавы претерпевают пайку в условиях вакуума или аргона, последний должен быть освобожден от частиц кислорода, водных паров и азота. Исключительно в идеальных условиях оксидный и нитридный налеты на поверхности материала нейтрализуются в металле, что верно, если температурный режим во время работ превышает показатель в 700° С. Это обуславливает работу с титаном при температурном режиме в пределах от 800 до 900° С, что гарантирует скорую очистку основания материала и интенсивное смачивание его припоями.

Пайку титановых сплавов при значительных температурах осуществляют не столь часто, что особенно касается печной плавки. Это объясняется тем, что при длительном нагреве, когда температура превышает 900° С, проявляется склонность к увеличению зерна и ухудшению пластических характеристик. Так как уровень прочности главного металла при этом почти не изменяется, в некоторых случаях сопряжение титановых сплавов методом пайки осуществляется и при отметке в 1000° С.

Водород, присутствующий в титане и понижающий его пластичность, устраняется в процессе пайки или во время нагрева при отметке в 900° С. Поэтому работа с титаном должна производиться в пространстве, лишенном воздуха, это предпочтительнее по сравнению с работами в условиях нейтральной атмосферы.

Титан хоть и предполагает обеспечение сложных условий, но все же поддается плавке, тогда как чугун относится к трудносвариваемым металлам.

Увеличение температуры при сварке и последующее охлаждение способствуют изменениям структуры характеристик чугуна в областях расплавления и шва, что указывает на то, что получить соединения, лишенные дефектов, с требуемым уровнем свойств, очень сложно.

• необходимость использования специальных флюсов;
• необходимость вакуума;
• рекомендуется использовать в качестве основы припоя серебро.

Рекомендации по проведению пайки

Схема установки пайки волной.

Пред тем как произвести пайку титана дома, нужно правильно подобрать припой, метод и особенности проведения работ. Следует учесть, что титан способствует возникновению хрупких интерметаллидов в паяном шве практически со всеми элементами, которые находятся в припое. По этой причине в роли основы припоя, как правило, предпочитают серебро, образующее с титаном не столь хрупкие интерметаллиды по сравнению с остальными металлами.

Произвести качественную пайку чугуна самостоятельно весьма проблематично, что касается и пайки титана в вакууме посредством бездобавочного алюминия. Это объясняется тем, что в шве возникают интерметаллидные фазы, а сопряжение не обладает никакой прочностью.

Толщину прослойки можно минимизировать, если в роли припоя использовать алюминий, легированный Ni. Этот и некоторые иные элементы по 1% сказываются на вытеснении интерметаллидной прослойки.

Пайку сплавов описываемого металла посредством оловянно-свинцовых или иных низкотемпературных припоев используют нечасто. В данном случае перед началом работ титан нужно покрыть никелем, применив химический или гальванический метод. А вот если необходимо использовать чугун в процессе пайки, то предпочтительнее доверить дело профессионалам.

Пайка титана и титановых сплавов

Общая характеристика

На поверхности титана есть т.н. альфированный слой, насыщенный атмосферными газами. Перед началом пайки такой слой нужно удалить пескоструйной обработкой или способом травления в растворе HNO₃ (20−20 мл) и НСl (30−40мл) на 1 л воды. Время травления составляет от 5 до 10 мин при температуре 20 °C. После этой обработки еще остается оксидная тонкая пленка на поверхности титана, которая препятствует смачиванию его поверхности припоем. Как правило, пайка титана и титановых сплавов проводится в аргоне или вакууме, тщательно очищенном от примесей азота, паров воды и кислорода. В связи с этим, пайка титана проводится, как правило, при t° от 800 до 900 °C. Это обеспечивает быструю очистку его поверхности хорошее смачивание его припоями. При более высоких температурах пайка сплавов титана проводится редко, поскольку при длительном нагреве выше 900 °C появляется склонность к увеличению зерна, а также ухудшаются пластические свойства. Снижает пластичность металла находящийся в нём водород. Водород удаляется в процессе пайки или при нагреве до t° 900 °C в вакууме при давлении 0,01 Па. В связи с этим, пайка титана в вакууме предпочтительнее, чем в нейтральной атмосфере.

Интерметаллиды

Выбирая припой, способ и режим пайки следует помнить, что титан способен образовывать в паяном шве хрупкие интерметаллиды со всеми элементами, которые входят в припои. Поэтому для основы припоя часто применяют серебро. Оно образует с титаном интерметаллиды, имеющие наименьшую хрупкость.

Низкотемпературные припои

Пайка титана оловянно-свинцовыми и др. низкотемпературными припоями используется довольно редко. В данном случае перед началом пайки титан покрывают никелем гальваническим или химическим способом. Чтобы увеличить сцепление никеля и титана детали нагревают до t° 250 °C в течение часа. Затем его паяют такими же флюсами и припоями, как и для чистого никеля. Паять титан и его сплавы с помощью низкотемпературных припоев также можно после предварительного покрытия серебром, медью или оловом. Чтобы покрыть оловом изделие подготовленное под пайку, его быстро опускают в нагретое до t° 700 °C олово на 10−20 минут. При помощи флюса, в который входит хлористое олово, также можно покрыть титан оловом.

Купить, цена

Компания ООО «Электровек-сталь» реализует металлопрокат по оптимальной цене. Она формируется с учетом ставок на LME (London metal exchange) и зависит от технологических особенностей производства без включения дополнительных затрат. Поставляем полуфабрикаты из титана и его сплавов в широком ассортименте. Все партии изделий имеют сертификат качества на соответствие требованиям стандартов. У нас вы можете купить оптом самую различную продукцию для масштабных производств. Широкий выбор, исчерпывающие консультации наших менеджеров, доступные цены и своевременность поставки определяют лицо нашей компании. При оптовых покупках действует система скидок.