PL223389B1

PL223389B1 - Sposób lutowania twardego tytanu ze stalą nierdzewną w atmosferze powietrza pod osłoną topnika

Info

Publication number: PL223389B1
Application number: PL410413A
Authority: PL
Inventors: Zbigniew Mirski; Kazimierz Granat; Dawid Majewski; Adrian Duleba
Original assignee: Politechnika Wroclawska
Priority date: 2014-12-08
Filing date: 2014-12-08
Publication date: 2016-10-31
Also published as: PL410413A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób lutowania twardego tytanu ze stalą nierdzewną w atmosferze powietrza pod osłoną topnika.

Tytan znajduje zastosowanie w przemyśle chemicznym przede wszystkim do produkcji instalacji i wymienników ciepła oraz w lotniczym głównie w produkcji silników. Jest on stosowany również w produkcji reaktorów nuklearnych. W medycynie tytan i jego stopy znajdują szerokie zastosowanie do wytwarzania narzędzi chirurgicznych. W każdym z tych obszarów występuje zapotrzebowanie na wykonywanie wyrobów, w których spotyka się kombinacje połączeń różnych materiałów. Stal nierdzewna, ze względu na szczególne właściwości antykorozyjne, może stanowić dobre uzupełnienie w budowie odpowiedzialnych elementów, które wykorzystują również korzystne właściwości tytanu. Istotną cechą tytanu jest jego odporność na korozję. W normalnych warunkach na powierzchni tytanu powstaje trwała warstewka tlenków o grubości 2 nm, która po 4 latach osiąga grubość jedynie 25 nm i stanowi dodatkową ochronę powierzchni wyrobów przed oddziaływaniem atmosfery. Tytan jest o dporny na działanie rozcieńczonych kwasów np. siarkowego i solnego, roztworów zasadowych lub wody morskiej. Zaliczany jest on do metali aktywnych chemicznie. W powietrzu tytan utlenia się stosu nkowo wolno, jednakże w podwyższonej temperaturze reaguje z gazami występującymi w atmosferze, takimi jak: tlen, azot oraz wodór. W zakresie temperatur od 650 do 700°C tworzy trwałe tlenki, a w temperaturze powyżej 900°C powstają kruche azotki oraz wodorki tytanu.

Z polskiego opisu patentowego nr PL217283 znany jest topnik lutowniczy do twardego lutowania tytanu w atmosferze powietrza, który zawiera wagowo: 40+65% KHF₂ (potasu wodorodifluorek), 20+55% KF«2H₂O (potasu fluorek dihydrat), 20+55% LiCl (litu chlorek) oraz 2+20% ZnCl₂ (cynku chlorek). Topnik do twardego lutowania tytanu lutami srebrnymi w atmosferze powietrza posiada bardzo dobre właściwości lutownicze, zapewnia prawidłową ochronę powierzchni tytanu i lutu przed ponownym utlenieniem oraz tworzy stosunkowo łatwousuwalny żużel. Ponadto charakteryzuje się on niezmiennością właściwości lutowniczych przez okres 1 roku.

Znane są sposoby łączenia tytanu ze stalą nierdzewną w procesie lutowania twardego w piecach lutowniczych. Polegają one na ograniczeniu oddziaływania gazów znajdujących się w powietrzu poprzez zastosowanie próżni lub atmosfery neutralnej chemicznie.

Nie są dotychczas znane sposoby lutowania twardego tytanu ze stalą nierdzewną pod osłoną topnika.

Lutowanie twarde tytanu w atmosferze powietrza bez osłony, poprzez nagrzewanie płomieniowe, indukcyjne lub oporowe i bezpośrednie oddziaływanie gazów znajdujących się w powietrzu, prowadzi do jego znacznego utlenienia oraz powstawania kruchych azotków i wodorków tytanu w temperaturze lutowania powyżej 900°C.

Istota sposobu lutowania tytanu ze stalą nierdzewną w atmosferze powietrza pod osłoną topnika, polega na tym, że na uprzednio oczyszczoną i odtłuszczoną powierzchnię elementu tytanowego nanosi się, poprzez nagrzewanie, warstwę lutu srebrnego o grubości do 0,2 mm pod osłoną topnika, składającego się z fluorku potasu, chlorku litu i chlorku cynku. W analogiczny sposób na powierzchnię stali nierdzewnej nanosi się, poprzez nagrzewanie, warstwę lutu srebrnego o grubości do 0,2 mm pod osłoną topnika na bazie chlorków i fluorków metali alkalicznych. W kolejnym etapie po usunięciu res ztek żużla potopnikowego łączy się element tytanowy ze stalą nierdzewną składając obydwa elementy z naniesionymi już warstwami lutu, a następnie zestaw obydwu elementów lutuje się pod osłoną nowej porcji topnika na bazie chlorków i fluorków z zastosowaniem nagrzewania płomieniowego i docisku od strony stali nierdzewnej.

Korzystnie warstwę lutu srebrnego nanosi się na tytan lub stal nierdzewną poprzez nagrzewanie płomieniowe, indukcyjne lub oporowe.

Korzystnie nagrzewanie płomieniowe wykonuje się płomieniem neutralnym propanowopowietrznym lub acetylenowo-tlenowym.

Korzystnie od strony stali nierdzewnej układa się elementy dystansowe w postaci drutu ze stali nierdzewnej o średnicy do 0,3 mm, które ustalają stałą szerokość szczeliny lutowniczej.

Zaletą procesu lutowania sposobem według wynalazku jest uzyskanie trwałych i funkcjonalnych połączeń tytanu ze stalą nierdzewną, w których może dochodzić do powstania strefy reakcyjnej na granicy tytanu z lutowiną. Badania wykazały obecność takiej strefy reakcyjnej o szerokości do 40 pm i twardości nie przekraczającej 213 HV 0,05.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest bliżej w przykładach wykonania.

PL 223 389 B1

P r z y k ł a d 1

Sposób lutowania płomieniowego tytanu Grade 2 ze stalą chromowo-niklową X5CrNi1810 pod osłoną topnika polega na tym, że powierzchnię tytanu oczyszcza się poprzez odtłuszczenie acetonem i trawienie chemiczne w wodnym roztworze mieszaniny kwasów (HF + HNO₃). Powierzchnię stali Cr-Ni można przygotować poprzez obróbkę mechaniczną lub chemiczną, która zapewni usunięcie warstewki tlenków chromu z powierzchni łączonych elementów. Następnie na oczyszczoną powierzchnię tytanu nanosi się topnik o oznaczeniu F60T składający się z fluorku potasu, chlorku litu i chlorku cynku oraz lut na osnowie srebra w gatunku Ag245 (45% wag. Ag). Topnik nanosi się również na powierzchnię dozowanego lutu. Nagrzewanie przeprowadza się neutralnym płomieniem propanowo-powietrznym. Doprowadza się w ten sposób do stopienia lutu, który zwilża powierzchnię tyt anu i rozpływa się po niej. Warstwa naniesionego lutu srebrnego nie powinna przekraczać grubości 0,2 mm. Z kolei na powierzchnię stali X5CrNi1810 nanosi się topnik na bazie chlorków i fluorków metali alkalicznych. Również na nią nakłada się warstwę lutu srebrnego o oznaczeniu Ag 245, o grubości do 0,2 mm, stosując nagrzewanie neutralnym płomieniem propanowo-powietrznym. Po usunięciu resztek topników, na elementy z naniesionymi warstwami lutu, ustawionymi na wprost siebie, nanosi się nową porcję topnika na bazie chlorków i fluorków metali alkalicznych, takiego samego jak przy nalutowywaniu stali i w ten sposób przygotowany zestaw lutuje z zastosowaniem nagrzewania płomieniowego i docisku od strony stali.

P r z y k ł a d 2

Sposób lutowania tytanu Grade 2 ze stalą chromową X6Cr17 pod osłoną topnika polega na tym, że lutowaną powierzchnię tytanu i stali nierdzewnej oczyszcza się jak w przykładzie 1. Od strony stali wprowadza się elementy dystansowe w postaci drutu ze stali nierdzewnej o średnicy 0,25 mm, dla ustalenia szerokości szczeliny lutowniczej. Na powierzchnię tytanu nanosi się topnik o oznaczeniu F60T a na powierzchnię stali nierdzewnej, nanosi się topnik na bazie chlorków i fluorków metali alk alicznych, tak jak w przykładzie 1. W środku między elementami lutowanymi układa się taśmę lutown iczą o grubości 0,3 mm z lutu na osnowie srebra o oznaczeniu Ag 245. Tak złożone elementy nagrzewa się neutralnym płomieniem acetylenowo-tlenowym, od strony stali nierdzewnej. Po rozpłynięciu lutu dociska się lutowane elementy od góry i pozostawia się połączenie lutowane do spokojnego wystudzenia.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób lutowania twardego tytanu ze stalą nierdzewną w atmosferze powietrza pod osłoną topnika, znamienny tym, że na uprzednio oczyszczoną i odtłuszczoną powierzchnię elementu tytanowego nanosi się poprzez nagrzewanie warstwę lutu srebrnego grubości do 0,2 mm pod osłoną topnika składającego się z fluorku potasu, chlorku litu i chlorku cynku, następnie w analogiczny sposób na powierzchnię stali nierdzewnej nanosi się poprzez nagrzewanie warstwę lutu srebrnego grubości do 0,2 mm pod osłoną topnika na bazie chlorków i fluorków metali alkalicznych, po czym po usunięciu resztek żużla potopnikowego składa się element tytanowy ze stalą nierdzewną, z warstwami lutu na wprost siebie a następnie zestaw obydwu elementów lutuje się pod osłoną nowej porcji topnika na bazie chlorków i fluorków metali alkalicznych z zastosowaniem nagrzewania płomieniowego i docisku od strony stali nierdzewnej.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwę lutu srebrnego nanosi się na element tytanowy lub stal nierdzewną poprzez nagrzewanie płomieniowe, indukcyjne lub oporowe.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że nagrzewanie płomieniowe wykonuje się płomieniem neutralnym propanowo-powietrznym lub acetylenowo-tlenowym.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że od strony stali nierdzewnej układa się elementy dystansowe w postaci drutu ze stali nierdzewnej o średnicy do 0,3 mm, które ustalają stałą szerokość szczeliny lutowniczej.