チタンおよびチタン合金に最適なろう付け方法

チタンおよびその合金は、鉄、アルミニウム、バナジウム、モリブデンなどの元素で構成されており、高強度、高耐熱性、良好な耐食性などの優れた物理的および機械的特性を備えています。 化学工学、海洋工学、輸送、医療、建設、航空宇宙、軍事産業などのハイテク分野で広く使用されており、重要な軽量構造材料です。 その中でも、航空宇宙は重要な下流応用分野です。
チタンとその合金は反応性金属であり、航空宇宙産業、石油化学産業、原子力産業で広く使用されています。 チタンおよびその合金のろう付けにおける主な問題は次のとおりです。
① 表面に安定した酸化皮膜が形成されている。 チタンおよびその合金は酸素との親和性が高く、表面に安定した酸化皮膜を生成しやすく、ろう材の濡れ広がりを阻害します。 したがって、ろう付け時に除去する必要があります。
②ガスを強力に吸収します。 チタンとその合金は加熱過程で水素、酸素、窒素を吸収する傾向があり、温度が高くなるほど吸収が強くなり、チタンの可塑性や靱性が急激に低下します。 したがって、ろう付けは真空または不活性雰囲気中で行う必要があります。
③金属間化合物を形成しやすい。 チタンとその合金は、ほとんどのろう材と反応して脆い化合物を形成し、接合部が脆くなる原因となります。 したがって、他の材料のろう付けに使用されるろう材は基本的に反応性金属のろう付けには適していません。
④ 構造や性質が変化しやすい。 チタンとその合金は加熱中に相変態を起こし、結晶粒が粗大化します。 温度が高くなるほど粗大化が進行するため、高温ろう付けの温度は高すぎないように注意してください。
要約すると、チタンおよびその合金をろう付けする場合、ろう付け加熱温度に注意を払う必要があります。 一般に、ろう付け温度は 950-1000 度を超えてはなりません。ろう付け温度が低いほど、母材の特性への影響は小さくなります。 焼入れ・焼戻し合金の場合は、時効温度を超えない条件でのろう付けも可能です。
ろう付け接合部の酸化、酸素および水素の吸収反応を防ぐために、チタンおよびチタン合金のろう付けは真空および不活性雰囲気中で行われ、火炎ろう付けは通常使用されません。 真空または塩素中でろう付けする場合は、加熱速度が速く、保持時間が短い高周波加熱、炉加熱などの方法を使用でき、その結果、界面領域の化合物の層が薄くなり、接合性能が向上します。 そのため、ろう材が隙間に流れ込むようにろう付け温度と保持時間を管理する必要があります。
チタンおよびその合金のろう付けは真空中およびアルゴン中で行うのが最適である理由は、チタンは酸素との親和性が高いにもかかわらず、13.3Paの真空中では表面の酸化皮膜が溶解して平滑な表面が得られるためです。
アルゴン雰囲気でろう付け温度範囲が760-927度の場合、チタンの変色を防ぐために高純度のアルゴンが必要です。 一般に冷媒貯蔵容器には純度の高い液体アルゴンが使用されます。
チタンおよびチタン合金をろう付けする場合、界面またはろう付けギャップ内に脆い金属間化合物が形成されることが多く、それによりろう付け接合部の性能が低下します。 拡散接合を使用すると、ろう付け接合の性能を向上させることができます。 ろう付けの際、チタン合金の間に厚さ50μmの銅箔、ニッケル箔、銀箔を挟み込み、チタンとこれらの金属との接触反応によりそれぞれCu-Ti、Ni-Ti、Ag-Ti共晶を形成します。 次に、これらの脆い金属間化合物は拡散します。 拡散接合接合は、特定の温度と時間の下で比較的良好な性能を発揮します。
さらに、+ - 相チタン合金は、焼きなまし、溶体化処理、または時効状態で使用できます。 ろう付け後に焼きなましが必要な場合は、次の 3 つのスキームが利用可能です。焼きなまし後に焼きなまし温度以下でろう付けする。 アニーリング温度を超える温度でろう付けし、ろう付けサイクルでセグメント化された冷却プロセスを採用してアニーリング構造を得る。 焼鈍温度よりも高い温度でろう付けし、その後焼鈍する。