أفضل طرق اللحام للتيتانيوم وسبائك التيتانيوم

يتمتع التيتانيوم وسبائكه، التي تتكون من عناصر مثل الحديد والألومنيوم والفاناديوم والموليبدينوم، بخصائص فيزيائية وميكانيكية ممتازة مثل القوة العالية والمقاومة العالية للحرارة والمقاومة الجيدة للتآكل. يتم استخدامها على نطاق واسع في مجالات التكنولوجيا الفائقة مثل الهندسة الكيميائية، والهندسة البحرية، والنقل، والطب، والبناء، والفضاء، والصناعات العسكرية، وهي مواد هيكلية مهمة خفيفة الوزن. من بينها، يعد الفضاء الجوي مجالًا مهمًا للتطبيقات النهائية.
التيتانيوم وسبائكه عبارة عن معادن تفاعلية وتستخدم على نطاق واسع في صناعات الطيران والبتروكيماويات والنووية. المشاكل الرئيسية في لحام التيتانيوم وسبائكه هي كما يلي:
① طبقة الأكسيد المستقرة على السطح. يتمتع التيتانيوم وسبائكه بعلاقة قوية مع الأكسجين ومن السهل توليد طبقة أكسيد مستقرة على السطح، مما يعيق ترطيب وانتشار مادة النحاس. لذلك يجب إزالته أثناء اللحام.
② يمتص الغازات بقوة. يميل التيتانيوم وسبائكه إلى امتصاص الهيدروجين والأكسجين والنيتروجين أثناء عملية التسخين، وكلما ارتفعت درجة الحرارة، كان الامتصاص أقوى، مما يؤدي إلى انخفاض حاد في مرونة وصلابة التيتانيوم. ولذلك، ينبغي إجراء عملية اللحام بالنحاس في فراغ أو جو خامل.
③ من السهل تشكيل مركبات بين المعادن. يمكن أن يتفاعل التيتانيوم وسبائكه مع معظم مواد النحاس لتكوين مركبات هشة، مما يؤدي إلى هشاشة المفاصل. لذلك، فإن مادة اللحام المستخدمة في لحام المواد الأخرى غير مناسبة في الأساس لحام المعادن التفاعلية.
④ البنية والخصائص عرضة للتغيير. يخضع التيتانيوم وسبائكه إلى تحول طوري وتخشن الحبوب أثناء التسخين. كلما ارتفعت درجة الحرارة، زادت خطورة الخشونة، وبالتالي فإن درجة حرارة اللحام بدرجة الحرارة العالية لا ينبغي أن تكون مرتفعة للغاية.
باختصار، عند لحام التيتانيوم وسبائكه، يجب الانتباه إلى درجة حرارة التسخين بالنحاس. بشكل عام، يجب ألا تتجاوز درجة حرارة اللحام 950-1000 درجة، وكلما انخفضت درجة حرارة اللحام، قل التأثير على خصائص المادة الأساسية. بالنسبة للسبائك المسقية والمقساة، يمكن إجراء عملية اللحام أيضًا بشرط عدم تجاوز درجة حرارة التعتيق.
لمنع تفاعلات الأكسدة وامتصاص الأكسجين والهيدروجين في المفصل النحاسي، يتم إجراء لحام التيتانيوم وسبائك التيتانيوم في فراغ وجو خامل ولا يتم استخدام اللحام باللهب بشكل عام. عند اللحام بالنحاس في الفراغ أو الكلور، يمكن استخدام التسخين عالي التردد، وتسخين الفرن، وطرق أخرى، والتي تتميز بسرعة تسخين سريعة ووقت احتجاز قصير، مما يؤدي إلى طبقة أرق من المركبات في منطقة الواجهة وأداء مفصل أفضل. لذلك، يجب التحكم في درجة حرارة اللحام ووقت التثبيت لجعل مادة اللحام تتدفق إلى الفجوة.
السبب وراء إجراء لحام التيتانيوم وسبائكه بشكل أفضل في الفراغ والأرجون هو أنه على الرغم من أن التيتانيوم لديه ألفة كبيرة للأكسجين، إلا أنه يمكن الحصول على سطح أملس في فراغ 13.3 باسكال بسبب ذوبان طبقة الأكسيد على السطح.
عند إجراء عملية اللحام بالنحاس في جو من الأرجون ونطاق درجة حرارة اللحام بالنحاس هو 760-927 درجة، يلزم استخدام الأرجون عالي النقاء لمنع تغير لون التيتانيوم. بشكل عام، يتم استخدام الأرجون السائل في حاويات تخزين غاز التبريد لأنه يتمتع بنقاوة عالية.
عند لحام سبائك التيتانيوم والتيتانيوم، غالبًا ما تتشكل مركبات بين المعادن هشة على السطح البيني أو في فجوة اللحام، مما يقلل من أداء المفصل الملحوم. يمكن استخدام رابطة الانتشار لتحسين أداء المفصل النحاسي. أثناء عملية اللحام بالنحاس، يتم وضع رقائق النحاس بسمك 50μm، رقائق النيكل أو رقائق الفضة بين سبائك التيتانيوم، والتي تشكل على التوالي مواد سهلة الانصهار Cu-Ti، وNi-Ti، وAg-Ti من خلال الاعتماد على تفاعل التلامس بين التيتانيوم وهذه المعادن. ثم يتم نشر هذه المركبات المعدنية الهشة. يتمتع المفصل المرتبط بالانتشار بأداء جيد نسبيًا تحت درجة حرارة ووقت معينين.
بالإضافة إلى ذلك، + -يمكن استخدام سبائك التيتانيوم الطورية في حالات التلدين أو المعالجة بالمحلول أو التقادم. إذا كان التلدين مطلوبًا بعد التلدين، تتوفر ثلاثة مخططات: اللحام عند درجة حرارة التلدين أو أقل منها بعد التلدين؛ اللحام عند درجة حرارة أعلى من درجة حرارة التلدين واعتماد عملية تبريد مجزأة في دورة اللحام للحصول على هيكل التلدين؛ والنحاس عند درجة حرارة أعلى من درجة حرارة التلدين ومن ثم التلدين.