Brasatura di metalli refrattari

1. Saldare

Per la brasatura del tungsteno si possono utilizzare tutti i tipi di leghe per saldatura con temperature inferiori a 3000 °C, mentre per i componenti con temperature inferiori a 400 °C si possono utilizzare leghe a base di rame o argento; per i componenti utilizzati tra 400 °C e 900 °C si utilizzano solitamente leghe d'apporto a base di oro, manganese, palladio o di acciaio al tungsteno; per i componenti utilizzati al di sopra di 1000 °C si utilizzano principalmente metalli puri come Nb, Ta, Ni, Pt, PD e Mo. La temperatura di esercizio dei componenti brasati con lega a base di platino ha raggiunto i 2150 °C. Se dopo la brasatura si esegue un trattamento di diffusione a 1080 °C, la temperatura di esercizio massima può raggiungere i 3038 °C.

La maggior parte delle leghe per brasatura utilizzate per il tungsteno (W) può essere utilizzata anche per la brasatura del molibdeno (Mo), e per i componenti in Mo che operano a temperature inferiori a 400 °C si possono utilizzare leghe a base di rame o argento; per i dispositivi elettronici e le parti non strutturali che operano a temperature comprese tra 400 e 650 °C, si possono utilizzare leghe Cu-Ag, Au-Ni, PD-Ni o Cu-Ni; per i componenti che operano a temperature più elevate si possono utilizzare leghe d'apporto a base di titanio o altri metalli puri con punti di fusione elevati. Si noti che le leghe d'apporto a base di manganese, cobalto e nichel sono generalmente sconsigliate per evitare la formazione di composti intermetallici fragili nelle giunzioni di brasatura.

Quando si utilizzano componenti in TA o Nb al di sotto di 1000 °C, è possibile scegliere materiali d'apporto a base di rame, manganese, cobalto, titanio, nichel, oro e palladio, tra cui le leghe Cu Au, Au Ni, PD Ni e Pt Au_Ni e Cu Sn, che presentano una buona bagnabilità con TA e Nb, una buona formazione del cordone di brasatura e un'elevata resistenza del giunto. Poiché i metalli d'apporto a base di argento tendono a rendere fragili i metalli di brasatura, è opportuno evitarli il più possibile. Per i componenti utilizzati tra 1000 °C e 1300 °C, è necessario scegliere come metalli d'apporto per brasatura Ti, V, Zr puri o leghe a base di questi metalli che formano con essi un solido e un liquido infiniti. Quando la temperatura di esercizio è più elevata, è possibile scegliere un metallo d'apporto contenente HF.

W. Vedere la tabella 13 per i metalli d'apporto per la brasatura di Mo, Ta e Nb ad alta temperatura.

Tabella 13: Materiali d'apporto per brasatura ad alta temperatura di metalli refrattari

2. Tecnologia di brasatura

Prima della brasatura, è necessario rimuovere accuratamente l'ossido dalla superficie del metallo refrattario. Si possono utilizzare la molatura meccanica, la sabbiatura, la pulizia a ultrasuoni o la pulizia chimica. La brasatura deve essere eseguita immediatamente dopo il processo di pulizia.

A causa dell'intrinseca fragilità del tungsteno (W), i componenti in W devono essere maneggiati con cura durante l'assemblaggio per evitare rotture. Per prevenire la formazione di carburo di tungsteno fragile, è necessario evitare il contatto diretto tra W e grafite. Prima della saldatura, è necessario eliminare le precompressioni dovute alla pre-lavorazione o alla saldatura stessa. Il tungsteno si ossida molto facilmente all'aumentare della temperatura. Il grado di vuoto deve essere sufficientemente elevato durante la brasatura. Quando la brasatura viene eseguita nell'intervallo di temperatura di 1000 ~ 1400 °C, il grado di vuoto non deve essere inferiore a 8 × 10⁻³ Pa. Per migliorare la temperatura di rifusione e la temperatura di esercizio del giunto, il processo di brasatura può essere combinato con un trattamento di diffusione dopo la saldatura. Ad esempio, per la brasatura del tungsteno a 1180 °C si utilizza una lega saldante b-ni68cr20si10fel. Dopo tre trattamenti di diffusione a 1070 ℃/4h, 1200 ℃/3,5h e 1300 ℃/2h successivi alla saldatura, la temperatura di esercizio del giunto brasato può raggiungere oltre 2200 ℃.

Il basso coefficiente di dilatazione termica deve essere preso in considerazione durante l'assemblaggio della giunzione brasata del molibdeno, e lo spazio tra le giunzioni deve essere compreso tra 0,05 e 0,13 mm. Se si utilizza un dispositivo di fissaggio, è necessario scegliere un materiale con un basso coefficiente di dilatazione termica. La ricristallizzazione del molibdeno si verifica quando la brasatura a fiamma, in forno ad atmosfera controllata, in forno sottovuoto, in forno a induzione e con riscaldamento a resistenza supera la temperatura di ricristallizzazione, oppure quando la temperatura di ricristallizzazione diminuisce a causa della diffusione degli elementi di saldatura. Pertanto, quando la temperatura di brasatura è vicina alla temperatura di ricristallizzazione, minore è il tempo di brasatura, meglio è. Quando si brasa al di sopra della temperatura di ricristallizzazione del molibdeno, è necessario controllare il tempo di brasatura e la velocità di raffreddamento per evitare cricche causate da un raffreddamento troppo rapido. Quando si utilizza la brasatura ossiacetilenica, è ideale utilizzare un flusso misto, ovvero un flusso di brasatura industriale a base di borato o argento più un flusso ad alta temperatura contenente fluoruro di calcio, che può fornire una buona protezione. Il metodo consiste nel rivestire innanzitutto la superficie del molibdeno con uno strato di flusso di brasatura d'argento, e successivamente con un flusso per alte temperature. Il flusso di brasatura d'argento è attivo in un intervallo di temperature più basso, mentre la temperatura di attivazione del flusso per alte temperature può raggiungere i 1427 °C.

I componenti in TA o Nb vengono preferibilmente brasati sotto vuoto, con un grado di vuoto non inferiore a 1,33 × 10⁻² Pa. Se la brasatura viene eseguita in atmosfera inerte, è necessario rimuovere rigorosamente le impurità gassose come monossido di carbonio, ammoniaca, azoto e anidride carbonica. Quando la brasatura o la brasatura a resistenza viene eseguita in aria, è necessario utilizzare un materiale d'apporto specifico per la brasatura e un flusso appropriato. Per evitare che il TA o il Nb entrino in contatto con l'ossigeno ad alta temperatura, è possibile depositare uno strato di rame o nichel metallico sulla superficie ed eseguire un corrispondente trattamento di ricottura per diffusione.