1. Lötmaterial
(1) Titan und seine Basislegierungen werden selten mit Weichlot hartgelötet. Als Lötmetalle werden hauptsächlich Silber-, Aluminium-, Titan- oder Titan-Zirkonium-Legierungen verwendet.
Silberbasiertes Lot wird hauptsächlich für Bauteile mit einer Betriebstemperatur unter 540 °C verwendet. Verbindungen mit reinem Silberlot weisen eine geringe Festigkeit, Rissneigung sowie eine schlechte Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit auf. Die Löttemperatur von Ag-Cu-Lot ist niedriger als die von reinem Silber, jedoch nimmt die Benetzbarkeit mit steigendem Kupfergehalt ab. Ag-Cu-Lot mit einem geringen Lithiumanteil verbessert die Benetzbarkeit und den Legierungsgrad zwischen Lot und Grundmetall. Ag-Li-Lot zeichnet sich durch einen niedrigen Schmelzpunkt und eine hohe Reduzierbarkeit aus. Es eignet sich zum Löten von Titan und Titanlegierungen unter Schutzgasatmosphäre. Allerdings kann es beim Vakuumlöten aufgrund der Lithiumverdampfung zu einer Verunreinigung des Ofens kommen. Ag-5Al-(0,5–1,0)Mn-Lot ist das bevorzugte Lot für dünnwandige Titanlegierungsbauteile. Die Lötverbindung weist eine gute Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit auf. Die Scherfestigkeit von mit silberbasiertem Lot gelöteten Titan- und Titanlegierungsverbindungen ist in Tabelle 12 dargestellt.
Tabelle 12: Lötprozessparameter und Verbindungsfestigkeit von Titan und Titanlegierungen
Die niedrige Löttemperatur von Aluminiumlot verhindert die β-Phasenumwandlung der Titanlegierung und reduziert somit die Anforderungen an die Auswahl von Lötvorrichtungen und -strukturen. Die Wechselwirkung zwischen Lot und Grundwerkstoff ist gering, Auflösung und Diffusion treten kaum auf. Gleichzeitig ist das Lot gut plastisch und lässt sich leicht mit dem Grundwerkstoff verbinden. Daher eignet es sich hervorragend zum Löten von Titanlegierungskühlern, Wabenstrukturen und Laminaten.
Flussmittel auf Titan- oder Titan-Zirkonium-Basis enthalten üblicherweise Kupfer, Nickel und andere Elemente, die beim Löten schnell in die Matrix diffundieren und mit dem Titan reagieren können. Dies führt zu Matrixkorrosion und zur Bildung einer spröden Schicht. Daher müssen Löttemperatur und Haltezeit beim Löten streng kontrolliert werden. Für dünnwandige Strukturen sollte dieses Lötmittel möglichst nicht verwendet werden. B-Ti48Zr48Be ist ein typisches TiZr-Lot. Es weist eine gute Benetzbarkeit von Titan auf, und das Grundmaterial zeigt beim Löten keine Tendenz zum Kornwachstum.
(2) Lötmetalle für Zirkonium und Basismetalle: Die Lötmetalle für Zirkonium und Basismetalle umfassen hauptsächlich b-zr50ag50, b-zr76sn24, b-zr95be5 usw., die beim Löten von Zirkoniumlegierungsrohren in Kernkraftwerken weit verbreitet sind.
(3) Das Lötflussmittel und die Schutzgasatmosphäre ermöglichen zufriedenstellende Ergebnisse beim Löten von Titan, Zirkonium und Basismetalllegierungen im Vakuum und unter Schutzgasatmosphäre (Helium und Argon). Für das Schutzgaslöten ist hochreines Argon mit einem Taupunkt von -54 °C oder darunter zu verwenden. Für das Flammlöten ist ein Spezialflussmittel mit Fluorid und Chlorid der Metalle Natrium, Kalium und Lithium erforderlich.
2. Löttechnologie
Vor dem Hartlöten muss die Oberfläche gründlich gereinigt, entfettet und von Oxidschichten befreit werden. Dicke Oxidschichten werden mechanisch, durch Sandstrahlen oder im Salzbadverfahren entfernt. Dünne Oxidschichten lassen sich in einer Lösung aus 20–40 % Salpetersäure und 2 % Fluorwasserstoffsäure entfernen.
Titan, Zirkonium und deren Legierungen dürfen während des Lötprozesses nicht mit Luft in Berührung kommen. Das Löten kann unter Vakuum oder Schutzgasatmosphäre erfolgen. Als Verfahren eignen sich Hochfrequenz-Induktionserwärmung oder Erhitzen unter Schutzgasatmosphäre. Induktionserwärmung ist die beste Methode für kleine, symmetrische Teile, während das Hartlöten im Ofen für große und komplexe Bauteile vorteilhafter ist.
Als Heizelemente zum Hartlöten von Titan, Zirkonium und deren Legierungen sind Nickel, Chrom, Wolfram, Molybdän, Tantal und andere Werkstoffe auszuwählen. Geräte mit freiliegendem Graphit als Heizelement dürfen nicht verwendet werden, um eine Kohlenstoffbelastung zu vermeiden. Die Lötvorrichtung muss aus Werkstoffen mit guter Hochtemperaturfestigkeit, einem ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie Titan oder Zirkonium und geringer Reaktivität gegenüber dem Grundmetall bestehen.
Veröffentlichungsdatum: 13. Juni 2022