鈦合金具有高的比強(qiáng)度、優(yōu)異的抗疲勞性和耐蝕性等突出優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于航空產(chǎn)品中,如飛機(jī)機(jī)架和航空發(fā)動(dòng)機(jī)等,特別是對(duì)于高強(qiáng)度鋼以及鋁合金因質(zhì)量、強(qiáng)度、抗蝕性或高溫穩(wěn)定性等綜合性能不能滿足要求的部件。在很多情況下,都會(huì)涉及到航空鈦合金自身之間或與鋁、不銹鋼、鈦鎳合金等異種材料的連接問(wèn)題。鈦及其合金會(huì)在750～1040℃溫度范圍內(nèi)發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變,由具有密排六方結(jié)構(gòu)的α相轉(zhuǎn)變成具有體心立方結(jié)構(gòu)的β相。當(dāng)加熱溫度接近或者超過(guò)α相→β相的轉(zhuǎn)變溫度時(shí),β相的晶粒尺寸會(huì)急劇變大,顯微組織顯著粗化,使材料性能下降。在這種溫度下對(duì)鈦合金進(jìn)行焊接會(huì)使焊縫接頭的塑性大大降低。另外,在釬焊過(guò)程中,釬料會(huì)和母材發(fā)生擴(kuò)散反應(yīng),在界面處生成脆性的金屬間化合物,致使焊縫存在較大的開(kāi)裂傾向,使接頭性能惡化。為了避免對(duì)母材性能造成損傷并提高焊接接頭的性能,應(yīng)該將鈦合金的釬焊溫度控制在β相轉(zhuǎn)變溫度以下,即在800℃以下進(jìn)行中溫釬焊。
一、選擇合適的釬料
適合鈦合金中溫釬焊的金屬基釬料主要有三大類:銀基、鋁基、鈦-鋯基釬料。其中,鋁基釬料的釬焊溫度較低,遠(yuǎn)低于鈦合金α相→β相的轉(zhuǎn)變溫度,與鈦基體相互作用小,無(wú)明顯的溶蝕和擴(kuò)散,而且價(jià)格便宜,加工性能優(yōu)良,低熔點(diǎn)、成本低廉,故具有較好的發(fā)展和應(yīng)用前景。近年來(lái),納米多層膜復(fù)合釬料引起重視。由于納米粒子相對(duì)于傳統(tǒng)的合金粉體或者塊體材料而言具有熔點(diǎn)低、活性高等特性,可以通過(guò)在釬料中加入納米級(jí)顆粒制成納米多層復(fù)合膜釬料來(lái)降低釬料熔點(diǎn)。據(jù)報(bào)道,通過(guò)交替濺射沉積銀-銅釬料層和碳擴(kuò)散阻礙層,制備了銀-銅/碳納米多層膜復(fù)合釬料,與傳統(tǒng)的金屬基銀-銅釬料相比,熔點(diǎn)下降了約50℃,釬焊溫度下降了40～50℃;采用直流磁控濺射AlSi12納米涂層及AlN擴(kuò)散阻礙層,制備AlN/AlSi納米多層膜釬料,當(dāng)納米涂層厚度達(dá)到2～3nm 時(shí),納米多層膜復(fù)合釬料的熔點(diǎn)比無(wú)納米涂層的釬料下降了約230℃。另?yè)?jù)報(bào)道,鋁-鎳活性納米多層膜的釬料,其釬焊溫度與傳統(tǒng)釬料相比,降低了130℃左右。
二、改進(jìn)釬焊技術(shù)
采用物理氣相沉積技術(shù)可以在母材表面沉積金屬涂層作為釬焊反應(yīng)層,在爐中進(jìn)行釬焊時(shí),反應(yīng)層能與基體形成低熔點(diǎn)的共晶或亞共晶組織,有效降低釬焊溫度,減少高溫釬焊產(chǎn)生的脆性金屬間化合物,減少接頭裂紋和氣孔,提高接頭的致密性及力學(xué)性能。據(jù)報(bào)道,以銅作為陰極材料,在鈦表面通過(guò)離子濺射沉積一定厚度的銅涂層作為釬焊反應(yīng)層,釬焊接頭的強(qiáng)度隨著銅涂層的擴(kuò)散消失而逐漸增大。近年來(lái)的另一個(gè)研究動(dòng)態(tài)是把多種釬焊技術(shù)結(jié)合起來(lái),如超聲波感應(yīng)釬焊連接,超聲輔助激光釬焊等。