铝和钛合金的钎焊特性：可钎焊性分析

铝和钛都属于化学活性非常强的金属，并且在物理、化学和力学性能上差异巨大，表20-7和表20-8分别列出了铝和钛的化学性能、物理性能的差异[2-5]。铝和钛的特性和相互作用可以从状态图上看出，如图20-12所示^[6]。

表20-7 铝和钛在化学性能方面的差异Table 20-7 Difference of chemical properties between Al and Ti

表20-8 铝和钛在物理性能上的差异Table 20-8 Difference of physical properties between Al and Ti

由于铝和钛存在上述的差异，它们钎焊时存在如下问题：

1.氧化问题

铝和钛都是极容易氧化的元素。铝合金表面都存在一层致密的氧化膜，在钎焊过程中也会发生继续氧化，生成新的氧化膜。而钛合金高温活性极强，对氧的亲和力很大，具有强烈氧化的倾向，钎焊时必须防止钛的氧化；此外还具有强烈的吸气倾向，在加热过程中会吸收氢和氮，温度越高，吸气越猛烈，造成塑性、韧性急剧下降。铝和钛的氧化性严重影响它们之间的钎焊连接，因此钎焊时必须采用真空保护或氩气保护。(www.xing528.com)

2.脆性化合物问题

由上面铝和钛的化学性能比较可知，铝和钛之间存在明显的冶金不相容性。由Al-Ti二元合金相图（见图20-12）可以看出，铝与钛在液态下可以无限互溶，而在固态下互相溶解度十分小。在665℃时，钛在铝中的溶解度为0.26%～0.28%，随着温度的下降，溶解度变小；在20℃时，钛在铝中的溶解度仅为0.07%；铝在钛中的溶解度更是有限。铝和钛在不同温度下产生不同的反应：①铝和钛在1460℃时形成了w（Al）=36～41.5%的TiAl金属间化合物γ相；②铝和钛在1340℃时形成约w（Al）=64%的TiAl₃金属间化合物β相；③铝和钛熔化后，当w（Ti）达到0.15%时就形成钛在铝中的固溶体。

图20-12 Al-Ti二元合金相图^[6] Fig.20-12 Phase diagram of Al-Ti binary alloys

3.残余应力问题

铝和钛在物理和力学性能方面的差异将导致铝和钛钎焊接头界面区域产生严重的热致残余应力和奇异应力，从而影响到钎焊接头的质量和性能要求。

降低残余应力和奇异应力的措施是合理的钎焊结构设计，如对于铝管和钛管插接结构的钎焊，接头设计一定要将钛管插入到铝管中，可以有效地降低残余应力的影响。