Пайка титана в домашних условиях — Строительный журнал

Поговорим о титане или все что вы хотели спросить.

Титан – блестящий металл серебристого цвета, легко поддающийся различным видам обработки – сверлению, точению, фрезерованию, шлифованию. При распиловке, сверлении и фрезеровании титана необходимо постоянно применять охлаждающую смазку, при этом на инструмент сильно надавливать нельзя; титан не поддается пайке, но хорошо куется (и в горячем, и в холодном состоянии), перед волочением титановой проволоки необходимо осуществить ее отжиг. Он обладает высокой прочностью, имеет низкую плотность, является достаточно легким.

По коррозионной стойкости титан сравним с драгоценными металлами.

В последнее время в зарубежных странах из титана изготовляют широкий ассортимент самых разнообразных ювелирных украшений. Титан стал привлекательным для изготовления украшений благодаря интересным цветовым эффектам, образующимся на его поверхности при нагревании.

Явление это объясняется тем, что при нагревании на поверхности титана образуется окисный слой, поглощающий определенное количество света, и только оставшаяся часть его отражается в виде спектрального цвета, который нами воспринимается.

С повышением температуры отжига пропорционально увеличивается слой окиси. С увеличением толщины окисной пленки света поглощается больше и образуется четко разграниченная гамма цветов побежалости, начиная от светло-желтого (в тонком слое поглощается мало света) до зеленоватого, фиолетового и голубого, вплоть до темно-синего (толстый слой отражает лишь незначительную часть света).

При изготовлении, например, браслета один конец полосы нагревается узким горячим пламенем: образующийся сначала желтый тон медленно, что позволяет наблюдать за ним, проходит по всей длине полосы, за ним же следуют зеленоватые, фиолетовые и синие тона.

Примечательно, что при высокой температуре отжига титан еще раз окрашивается в желтый цвет. Если окрашенную таким образом полосу изогнуть в кольцо, то оба конца желтого цвета будут отличаться по интенсивности. Таким же методом можно изготавливать пластины для брошей и подвесок.

Цветовой эффект на титановой пластине можно усилить последующим травлением, для чего обычным образом наносится защитный лак и выскабливается рисунок, а затем осуществляется травление в холодном растворе плавиковой кислоты. После травления между цветами побежалости проявляется серый цвет металла, удачно дополняя и подчеркивая многоцветность всей поверхности.

Термическое оксидирование можно осуществить с помощью муфельной печи или обычной горелки.

Сначала титан приобретает первый цвет – золотистый. С ростом температуры появляются разнообразные оттенки: от светло-желтого до зеленоватого, фиолетового и голубого, вплоть до темно-синего. Для получения на поверхности специальных эффектов можно использовать различные тонизирующие присадки, придающие изделиям очень красивый угольно-серый цвет.

Пламенное окрашивание выполняется с помощью газовой горелки, которая в этом случае становится кистью художника. Поскольку точный контроль цвета невозможен, то полагаться следует на собственный художественный вкус и подход. В работе пригодна любая горелка, так как высокие температуры здесь не требуются; большое, мягкое пламя может дать участки ровного цвета, а маленький горячий язычок – радугу цветов.

Пламенное окрашивание можно произвести также в стандартной муфельной печи. Поместив украшения в печь всего на несколько минут, можно получить золотой, пурпурный и синий цвета. Температура нагрева и время пребывания изделий в печи в каждом конкретном случае зависит от размера и толщины украшения. Этим методом можно получить и одноцветные краски.

Более точно окраску титана можно выполнить электролитическим методом окисления. В зависимости от используемого напряжения можно получать слои различной толщины и, следовательно, различные оттенки: желтый, темно-синий, голубой, фиолетовый, сине-зеленый.

Если на одном изделии необходимо получить несколько цветовых оттенков, то пластина обрабатывается сначала при самом низком напряжении, а затем участок, на котором остается данный оттенок, закрывается, а обработка остальной поверхности продолжается таким же образом, но уже при более высоком напряжении.

Обработку можно производить и в другой последовательности: сначала прикладывается самое высокое напряжение, обработанный участок закрывается, а все остальное обрабатывается пескоструйным аппаратом. Цветные слои, получаемые электролитическим способом, можно сделать блестящими, а также белыми, для чего соответствующие участки также закрываются, а другие подвергаются обработке пескоструйным устройством, или же на них наносится защитный лак и выполняется травление плавиковой кислотой.

Распиловка, сверление, волочение и пайка титана.

Титан в некоторых случаях ведет себя иначе, чем обычно применяемые в ювелирном деле металлы.

При распиловке титана ножовкой сначала делается легкий надрез, и лишь после того, как ножовочное полотно захватило металл, можно увеличить силу нажатия.

Титан можно обрабатывать обычными напильниками, не сильно надавливая при этом, в противном случае насечка напильника забивается, и он «засаливается», отчего время от времени его необходимо прочищать.

При сверлении полагается пользоваться смазкой и помнить, что сверло быстро затупляется, а потому требуется новая заточка. При фрезеровании инструмент подвергается большим нагрузкам, поэтому его нужно обязательно охлаждать маслом. Токарную обработку, чтобы резец не затуплялся быстро, следует выполнять при низком числе оборотов детали; рекомендуется обработка алмазными и керамическими шлифовальными кругами.

Титан поддается обработке давлением, но в этом случае следует часто производить промежуточный отжиг, потому что он быстро нагартовывается. При прокатке необходимо большое усилие.

При волочении проволоки целесообразно сначала произвести ее отжиг – в этом случае смазка (масло или мыло) лучше ложится на окисную пленку; отжиг следует производить и после «прохождения» каждой третьей фильеры. При температуре 650-950°С можно производить горячую ковку титана, его можно обрабатывать также и в холодном состоянии – в этом случае он лучше поддается растяжению, чем сжатию.

Титан не поддается пайке ни мягким, ни твердым припоем, а сварка его производится только в среде защитного газа. Ювелир может соединять титановые детали и только механическим способом, например, клепкой. Как и все другие металлы, титан можно склеивать, если при этом соединяемые поверхности достаточно большие.

Поверхностная обработка титана производится сначала наждачной бумагой различной зернистости, а затем полировальной; блестящая поверхность получается лучше всего с помощью пасты из окиси никеля или шлифовальных средств для благородных металлов.

Для подготовки поверхности изделия из титана под окраску рекомендуется слегка ее протравить: изделие на мгновение опускается в 2 %-й раствор плавиковой кислоты, затем промывается, а потом обрабатывается обычным травильным раствором серной кислоты.

Используемые материалы: ХУДОЖЕСТВЕННОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. ЮВЕЛИРНЫЕ СПЛАВЫ: УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ . Автор/создатель: Мутылина И.Н.

Пайка серебросодержащими припоями

Пайка титана и его сплавов

Титан — химический элемент IV группы периодической системы — относится к переходным металлам, отличается сравнительно небольшой плотностью (4,5 г/см 3 ), малым температурным коэффициентом линейного расширения и коррозионной стойкостью в морской воде, агрессивных средах и различных климатических условиях.

Паяемость титана и его сплавов определяется его высоким химическим сродством к другим элементам, в том числе к кислороду, азоту, водороду. Это обусловливает, в частности, высокую химическую и термическую стойкость его оксидов.

Титан обладает полиморфизмом. При температуре ниже 882 °С он находится в а-состоянии (гексагональная решетка), а выше— в в-состоянии (кубическая решетка). Это обстоятельство существенно влияет на паяемость титана, возможность удаления его оксидной пленки и диффузию депрессантов из шва в паяемый металл.

Элементы, образующие твердые растворы внедрения, относятся к вредным примесям (С, N, О, Н), охрупчивающим титан; находясь в растворе, они могут приводить к замедленному хрупкому разрушению сплавов. Температура перехода сплава ОТ4 из а- в в-состояние соответствует 950 °С, сплава ВТЗ — выше 950 °С.

Элементы, образующие твердые растворы замещения, применяют в качестве легирующих элементов, а-сплавы (ВТ1—00, ВТ1—0) имеют временное сопротивление 294—686 МПа; они хорошо паяются и сохраняют высокую пластичность при криогенных температурах (ниже — 70 °С).

Например, сплав ВТ1—0 имеет временное сопротивление выше 980 МПа. Двухфазные сплавы а в с преобладанием при температуре 20 °С ос-фазы, легированные в-стабилизаторами в количестве до 2 % (ОТ4, ВТ4), имеют временное сопротивление 686—98в ; МПа; они более пластичны, хорошо паяются.

Сплавы титана с преобладанием p-структуры благодаря кубической решетке весьма пластичны при температуре 20 °С и упрочняются при термообработке; они сильнее и глубже окисляются на воздухе, быстрее наводороживаются при травлении. Вместе с тем в сплавах с в-структурой процесс гомогенизации после диффузионной пайки происходит значительно медленнее, чем в сплавах с а в-структурной и особенно в сплавах с содержанием более 2 % стабилизаторов, что по-видимому, связано с более высоким содержанием в них легирующих элементов.

Титан относится к числу металлов-геттеров, интенсивно поглощающих азот и кислород и образующих с ними в твердом состоянии широкие области твердых растворов. В связи с большой растворимостью кислорода и азота и а-стабилизирующим действием этих элементов в титане на его поверхности при нагреве на воздухе образуется малопластичный слой а-твердого раствора (альфированный слой).

Водород мало растворим в а-титане, но образует с а-сплавами гидрид титана Ti(OH), способствующий их охрупчиванию. В а в-титановых сплавах водород растворим в большей степени и устраняет их эвтектоидный распад. Поэтому восстановительные газовые среды, содержащие азот и водород, применяемые при пайке сплавов на иных основах, не пригодны для пайки титана и его сплавов.

При температуре 650—700 °С титан образует стойкий оксид ТiO2 (рутил), выше температуры 900 °С — нитриды с азотом воздуха. Для предотвращения насыщения титана и его сплавов кислородом и азотом при нагреве, способствующими охрупчиванию, слой оксида и хрупкий слой твердого раствора кислорода и азота в титане (альфированный слой) перед пайкой должны быть тщательно удалены с поверхности паяемых деталей механическим или химическим способом.

https://www.youtube.com/watch?v=bUwCTf26-yw

Образование оксидов на очищенной поверхности титана при температуре 20 °С происходит сравнительно медленно, и пайка может быть проведена в течение первых суток после травления. При нагреве титана и его сплавов под пайку оксидная пленка образуется более быстро, особенно при температурах выше 650— 700 °С.

Образование оксидной пленки и альфированного слоя на поверхности паяемого изделия при пайке могут быть предотвращены, если изделие нагревать в чистом проточном аргоне или вакууме. Хотя оксид ТiO2 и не восстанавливается в вакууме с остаточным давлением более 1,33 . 10 -3 —1,33 .

10 -5 Па, относительно большая растворимость кислорода в a-Ti (до 20 %) и сравнительно небольшое содержание кислорода в контейнере при пайке в вакууме (р = 1,33 . 10 -2 —1,33 Па) или в проточном чистом и сухом аргоне (гелии) оказываются достаточными для предотвращения образования оксида на предварительно очищенной поверхности титана при нагреве в этих средах.

Герметизация контейнера и чистота его внутренней поверхно

сти оказывает большое влияние на качество паяного соединения. Небольшая течь или не очищенная от оксидов внутренняя поверхность контейнера из коррозионно-стойкой стали могут быть источниками кислорода, причиной окисления поверхности паяемого изделия и ухудшения качества паяного соединения.

Титан и его сплавы паяют при температуре выше 700—860 °С, т. е. выше температуры перехода a-Ti в B-Ti, в котором особенно высока растворимость кислорода.

От действия кислорода, появляющегося в контейнере из восстановленных оксидов стали, наиболее успешно защищают экраны из коррозионно-стойкой стали или из титана в виде крышек или негерметизированных коробок с чистой поверхностью.

Пайка титана легкоплавкими оловянными и высокоплавкими алюминиевыми припоями возможна только после предварительного лужения паяемой поверхности погружением в расплавленный припой при температурах, при которых тонкий слой пленки ТiO2 может быть восстановлен вследствие растворения кислорода в титане при температуре 800—900 °С. После устранения оксидных пленок и нагрева в инертной среде смачивание титана оловом и алюминием хорошее.

Флюсы, применяемые при пайке сплавов на других основах, не пригодны для пайки титана.

Рекомендуемые в литературе флюсы для пайки титана и его сплавов содержат главным образом хлориды и фториды металлов и рекомендованы для пайки в пламени кислородно-ацетиленовых горелок.

Титан и его сплавы лудят в жидком олове при перегреве до температуры 700—750 °С. Для этого деталь с обезжиренной и протравленной поверхностью быстро погружают в жидкое олово, чтобы поверхность титана не успела нагреться и окислиться. Перед погружением оксидную пленку быстро удаляют с поверхности жидкого олова.

Такое лужение можно проводить и в среде проточного аргона. Выдержка в жидком олове технического титана должна быть не менее 15 мин. Деталь, вынутую из жидкого олова, быстро протирают чистой ветошью для удаления оксидной пленки со слоя олова. При этом на облуженной поверхности не должно быть участков, не смоченных оловом.

Необходимость перегрева олова до столь высоких температур при лужении титана и его сплавов, вероятно, обусловлена незначительной скоростью диффузии кислорода из оксидов с поверхности титана вглубь при более низких температурах. Облуженную поверхность перед пайкой слегка зачищают мягкой щеткой и протирают спиртом или ацетоном.

При пайке луженой поверхности температура нагрева паяльника не должна превышать 250 °С, так как выше этой температуры возможно нарушение сплошности слоя полуды. При пайке легкоплавкими припоями применяют обычные для этого процесса флюсы.

Лужение с помощью реактивных флюсов основано на способности титана восстанавливать металлы из их расплавленных солей. Процесс идет по следующим уравнениям:

Ti 2SnCl2 = TiCl4 2Sn; Ti 4 AgCl=TiCl4 4 Ag.

Хлорид титана TiCl4 в виде газа улетучивается с поверхности металла, разрушая при этом оксидную пленку ТiO2, а восстановленные олово и серебро покрывают чистую поверхность облуживаемого металла. Очищенную поверхность титана и его сплавов, покрытую оловом или серебром, подвергают пайке обычными способами.

При реактивно-флюсовом лужении оловом поверхность титана покрывают в печи с нейтральной атмосферой. Реакция восстановления олова происходит при температуре 350—400 °С и сопровождается выделением белого дыма (TiCl4). После окончания реакции и охлаждения деталей остатки флюса должны быть немедленно и тщательно смыты в горячей воде (при температуре 70—90 °С), а детали просушены.

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 34А); длительность алитирования 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. Временное сопротивление разрыву таких соединений не превышает 49 МПа.

Относительно прочное сцепление «барьерных» металлических покрытий с паяемым металлом получается после термовакуумного напыления слоя металлов (10—20 мкм) при разрежении 1,33 (10 -2 —10 -3 ) Па на предварительно подогретую деталь.

Покрытие титановых сплавов слоем никеля может быть осуществлено также химическим способом из растворов, содержащих гипофосфит никеля; следует учитывать, что при этом покрытие представляет собой сплав Ni— (3—11 %)Р и уже при невысоком нагреве (400—500 °С) происходит распад сплава Ni—Р с выделением фазы Ni3P.

Для титановых сплавов, особенно легированных алюминием, ванадием и молибденом, нашла применение пайка в сухом проточном аргоне с точкой росы — 65 °С с предварительным вакуумированием контейнера. Пайку припоями, содержащими значитель

Твёрдая пайка.сталь.латунь.медь.