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鈦合金具有高的比強度、優異的抗疲勞性和耐蝕性等突出優點而被廣泛應用于航空產品中,如飛機機架和航空發動機等,特別是對于高強度鋼以及鋁合金因質量、強度、抗蝕性或高溫穩定性等綜合性能不能滿足要求的部件。在很多情況下,都會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題。鈦及其合金會在750～1040℃溫度范圍內發生同素異構轉變,由具有密排六方結構的α相轉變成具有體心立方結構的β相。當加熱溫度接近或者超過α相→β相的轉變溫度時,β相的晶粒尺寸會急劇變大,顯微組織顯著粗化,使材料性能下降。在這種溫度下對鈦合金進行焊接會使焊縫接頭的塑性大大降低。另外,在釬焊過程中,釬料會和母材發生擴散反應,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裂傾向,使接頭性能惡化。為了避免對母材性能造成損傷并提高焊接接頭的性能,應該將鈦合金的釬焊溫度控制在β相轉變溫度以下,即在800℃以下進行中溫釬焊。

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,遠低于鈦合金α相→β相的轉變溫度,與鈦基體相互作用小,無明顯的溶蝕和擴散,而且價格便宜,加工性能優良,低熔點、成本低廉,故具有較好的發展和應用前景。近年來,納米多層膜復合釬料引起重視。由于納米粒子相對于傳統的合金粉體或者塊體材料而言具有熔點低、活性高等特性,可以通過在釬料中加入納米級顆粒制成納米多層復合膜釬料來降低釬料熔點。據報道,通過交替濺射沉積銀-銅釬料層和碳擴散阻礙層,制備了銀-銅/碳納米多層膜復合釬料,與傳統的金屬基銀-銅釬料相比,熔點下降了約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擴散阻礙層,制備AlN/AlSi納米多層膜釬料,當納米涂層厚度達到2～3nm 時,納米多層膜復合釬料的熔點比無納米涂層的釬料下降了約230℃。另據報道,鋁-鎳活性納米多層膜的釬料,其釬焊溫度與傳統釬料相比,降低了130℃左右。

二、改進釬焊技術。

采用物理氣相沉積技術可以在母材表面沉積金屬涂層作為釬焊反應層,在爐中進行釬焊時,反應層能與基體形成低熔點的共晶或亞共晶組織,有效降低釬焊溫度,減少高溫釬焊產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性能。據報道,以銅作為陰極材料,在鈦表面通過離子濺射沉積一定厚度的銅涂層作為釬焊反應層,釬焊接頭的強度隨著銅涂層的擴散消失而逐漸增大。近年來的另一個研究動態是把多種釬焊技術結合起來,如超聲波感應釬焊連接,超聲輔助激光釬焊等。