Titanium và nhôm, vì hai vật liệu kim loại nhẹ quan trọng với mật độ thấp, sức mạnh đặc hiệu cao và khả năng chống ăn mòn tốt, đã được sử dụng rộng rãi trong hàng không vũ trụ, vận chuyển, sản xuất phương tiện, ngành công nghiệp hóa chất và các lĩnh vực khác. Tuy nhiên, trong kỹ thuật hiện đại, điều kiện làm việc phức tạp đặt ra những thách thức cao hơn đối với hiệu suất dịch vụ của phôi, thúc đẩy sự phát triển và áp dụng các cấu trúc tổng hợp. Các thành viên tổng hợp bao gồm hợp kim Titanium và hợp kim nhôm có thể tối đa hóa các đặc tính hiệu suất của hai vật liệu, nhưng quá trình hàn của chúng phải đối mặt với nhiều khó khăn.
Do sự khác biệt đáng kể giữa titan và nhôm trong các tính chất nhiệt và cơ học, độ xốp, vết nứt và các vấn đề khác dễ xảy ra trong quá trình hàn. Trong số đó, các hợp chất intermetallic được hình thành bởi phản ứng luyện kim là một trong những lý do quan trọng dẫn đến sự suy giảm của hiệu suất của các khớp vật liệu khác nhau TI/AL. Vì vậy, những lý do cụ thể cho sự khó khăn của việc hàn titan và nhôm là gì?
Đầu tiên, nhôm và titan tương tác rất dễ dàng với oxy. Phản ứng nhôm và oxy sẽ tạo ra Al2O3 dày đặc và chịu lửa (màng oxit), điểm nóng chảy của nó lên đến 2050 độ, sẽ cản trở sự kết hợp của hai kim loại cơ bản, dẫn đến các mối hàn dễ bị vùi. Titan bắt đầu oxy hóa ở 600 độ. Nhiệt độ càng cao, quá trình oxy hóa càng nghiêm trọng, tạo ra TiO2 (titan dioxide), tạo thành một lớp giòn trung gian trong mối hàn, do đó làm giảm độ dẻo và độ bền của mối hàn.
Thứ hai, nhôm và titan sẽ tạo ra các phản ứng khác nhau ở các nhiệt độ khác nhau. Ở độ 146 0, chúng sẽ tạo thành hợp chất loại (titanium aluminide) chứa 36,03% tỷ lệ khối lượng của nhôm, làm tăng độ giòn của kim loại; Ở 1340 độ, sự hình thành của các hợp chất tial3 (titan ba aluminate) chứa 60% đến 64% tỷ lệ khối lượng của nhôm; và khi tỷ lệ khối lượng của titan chứa 0,15%, sự hình thành titan trong dung dịch rắn nhôm. Những phản ứng này làm tăng khó khăn của hàn.
Ngoài ra, độ hòa tan lẫn nhau của nhôm và titan là rất nhỏ. Ở 665 độ, độ hòa tan của titan trong nhôm là 0. 26% đến 0. 28% và độ hòa tan trở nên nhỏ hơn khi nhiệt độ giảm; Khi nhiệt độ giảm xuống 2 0 độ, độ hòa tan của titan trong nhôm giảm xuống 0,07%. Đồng thời, độ hòa tan của nhôm trong titan thậm chí còn hạn chế hơn, điều này mang lại những khó khăn lớn cho sự hình thành các mối hàn giữa hai kim loại cơ sở.
Hơn nữa, nhôm và titan có rất nhiều sự hấp thụ khí nhiệt độ cao. Nhôm lỏng có thể hòa tan rất nhiều hydro, gần như không hòa tan ở trạng thái rắn, mối hàn hóa rắn khi hydro không thể thoát ra trong thời gian sẽ hình thành lỗ chân lông. Hydrogen trong titan có độ hòa tan lớn, hydro ở nhiệt độ thấp thu thập được vào lỗ chân lông, do đó độ dẻo hàn, giảm độ bền, dễ bị nứt giòn.
Đồng thời, nhôm và titan cũng sẽ tạo thành các hợp chất giòn với các tạp chất khác. Nhôm và oxy hình thành bởi oxit làm tăng độ giòn của kim loại; Titanium và nitơ để tạo thành nitride titan, do đó độ dẻo của kim loại bị giảm; Titanium và carbon để tạo thành cacbua, khi tỷ lệ khối lượng của carbon lớn hơn 0. 28%, hai khả năng hàn kim loại cơ bản tồi tệ hơn đáng kể.
Ngoài ra, độ dẫn nhiệt và hệ số mở rộng tuyến tính của nhôm và titan rất khác nhau. Độ dẫn nhiệt của nhôm (206,9wm -2- k -1) lớn hơn khoảng 16 lần so với titan (13.8wm -2- k -1); và hệ số mở rộng tuyến tính của nhôm lớn hơn khoảng 3 lần so với titan. Sự khác biệt này có thể dễ dàng dẫn đến các vết nứt dưới căng thẳng.
Cuối cùng, các yếu tố hợp kim trong nhôm và titan dễ dàng bị đốt cháy và bay hơi trong quá trình hàn. Khi hợp kim nhôm hoặc nhôm tan chảy, hơn là điểm nóng chảy của các nguyên tố thấp như magiê, kẽm, v.v ... bắt đầu cháy hoặc bay hơi; Khi đạt đến điểm nóng chảy của hợp kim titan hoặc titan (1677 độ), nhôm và các yếu tố hợp kim khác bị đốt cháy trong nhiều hơn, dẫn đến thành phần hóa học không đồng đều của mối hàn và giảm cường độ.
Tóm lại, các khó khăn hàn titan và nhôm chủ yếu bao gồm quá trình oxy hóa nhôm và titan, phản ứng ở các nhiệt độ khác nhau, độ hòa tan lẫn nhau là nhỏ, hấp thụ khí ở nhiệt độ cao, sự hình thành các hợp chất giòn với các tạp chất khác, độ dẫn nhiệt và hệ số khác. Những khó khăn này cần được giải quyết bằng cách thực hiện các biện pháp nhắm mục tiêu trong quá trình hàn.
