טיטניום ואלומיניום, כשני חומרי מתכת חשובים משקל קלים עם צפיפות נמוכה, חוזק ספציפי גבוה ועמידות בפני קורוזיה טובה, היו בשימוש נרחב בחלל, תחבורה, ייצור רכב, תעשייה כימית ותחומים אחרים. עם זאת, בהנדסה מודרנית, תנאי עבודה מורכבים מהווים אתגרים גבוהים יותר לביצועי השירות של יצירות עבודה, המקדמות פיתוח ויישום של מבנים מורכבים. חברים מורכבים המורכבים מסגסוגת טיטניום וסגסוגת אלומיניום יכולים למקסם את מאפייני הביצועים של שני החומרים, אך תהליך הריתוך שלהם עומד בפני קשיים רבים.
בשל ההבדלים המשמעותיים בין טיטניום לאלומיניום בתכונות תרמופיזיות ומכניות, נקבוביות, סדקים ובעיות אחרות מועדים להתרחש במהלך תהליך הריתוך. ביניהם, התרכובות הבין -מטאליות הנוצרות על ידי תגובה מטלורגית היא אחת הסיבות החשובות המובילות להידרדרות בביצועי המפרקים של חומר Ti/Al. אז מהן הסיבות הספציפיות לקושי בריתוך טיטניום ואלומיניום?
ראשית, אלומיניום וטיטניום מתקשרים בקלות רבה עם חמצן. תגובת אלומיניום וחמצן תייצר AL2O3 צפוף ועקשן (סרט תחמוצת), נקודת ההיתוך שלו עד 2050 מעלות, מה שיפריע לשילוב של שתי מתכות הבסיס, וכתוצאה מכך ריתוכים מועדים לתכלילים. טיטניום מתחיל להתחמצן ב 600 מעלות. ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, כך החמצון חמור יותר, מייצר TiO2 (טיטניום דו חמצני), המהווה שכבה שבירה ביניים בתוך הריתוך, ובכך מפחית את הפלסטיות וקשיחותו של הריתוך.
שנית, אלומיניום וטיטניום יפיקו תגובות שונות בטמפרטורות שונות. בתואר 146 0} הם ייווצרו תרכובת מסוג TIAL (אלומיניד טיטניום) המכיל 36.03% משבריר המוני של אלומיניום, מה שמגדיל את שברי המתכת; ב -1340 מעלות, היווצרות תרכובות TIAL3 (טיטניום תלת-אלומיננט) המכילות 60% עד 64% משבריר המסה של אלומיניום; וכאשר השבר המוני של טיטניום המכיל 0.15%, היווצרות טיטניום בתמיסה מוצקה של אלומיניום. תגובות אלה מגדילות את הקושי בריתוך.
בנוסף, המסיסות ההדדית של אלומיניום וטיטניום היא קטנה מאוד. ב 665 מעלות, המסיסות של הטיטניום באלומיניום היא 0. 26% עד 0. 28%, והמסיסות הופכת קטנה יותר ככל שהטמפרטורה יורדת; כאשר הטמפרטורה יורדת ל -2 0, המסיסות של הטיטניום באלומיניום יורדת ל 0.07%. במקביל, מסיסות האלומיניום בטיטניום מוגבלת עוד יותר, מה שמביא קשיים גדולים להיווצרות ריתוכים בין שתי מתכות הבסיס.
יתר על כן, לאלומיניום וטיטניום יש הרבה ספיגת גז בטמפרטורה גבוהה. אלומיניום נוזלי יכול להמיס הרבה מימן, כמעט בלתי מסיס במצב המוצק, הריתוך מתמצק כאשר המימן לא יכול לברוח בזמן ייווצר נקבוביות. למימן בטיטניום יש מסיסות גדולה, מימן בטמפרטורה נמוכה שנאסף לנקבוביות, כך שהפלסטיות הריתוך, הפחתת הקשיחות, מועדת לפיצוח שביר.
במקביל, אלומיניום וטיטניום ייצרו גם תרכובות שבירות עם זיהומים אחרים. אלומיניום וחמצן שנוצר על ידי תחמוצת מגדיל את שברי המתכת; טיטניום וחנקן ליצירת טיטניום ניטריד, כך שהפלסטיות של המתכת מופחתת; טיטניום ופחמן ליצירת קרביד, כאשר שבר המסה של הפחמן גדול מ- 0. 28%, שני יכולת הריתוך המתכתית הבסיסית גרועה משמעותית.
בנוסף, המוליכות התרמית ומקדם ההתרחבות הליניארית של אלומיניום וטיטניום שונים מאוד. המוליכות התרמית של אלומיניום (206.9WM -2- K -1) גדולה פי 16 מזו של טיטניום (13.8WM -2- k -1); ומקדם ההתרחבות הליניארית של האלומיניום גדול פי 3 מזה של טיטניום. הבדל זה יכול להוביל בקלות לסדקים תחת לחץ.
לבסוף, אלמנטים הסגסוגת באלומיניום וטיטניום נשרפים בקלות ומתאדים במהלך תהליך הריתוך. כאשר נמס אלומיניום או סגסוגת אלומיניום, מנקודת ההיתוך שלה של אלמנטים נמוכים כמו מגנזיום, אבץ וכו 'החלו לשרוף או לאידוי; כאשר הגיעו לנקודת ההיתוך של סגסוגת טיטניום או טיטניום (1677 מעלות), אלומיניום ואלמנטים סגסוגת אחרים שרפו אידוי של יותר, וכתוצאה מכך הרכב כימי לא אחיד של הריתוך והפחתת הכוח.
לסיכום, קשיי ריתוך טיטניום ואלומיניום כוללים בעיקר חמצון של אלומיניום וטיטניום, התגובה בטמפרטורות שונות, מסיסות הדדית היא ספיגת גז קטנה, בטמפרטורה גבוהה, היווצרות של תרכובות שבירות עם מוליכות תרמית אחרת, ומקדמת התרחבות תרמית של ההבדל בין האשמות האחרות וברכיים אחרים. יש לפתור קשיים אלה על ידי נקיטת אמצעים ממוקדים בתהליך הריתוך.
