已经发现扩散焊接可以在非常低的初始接触压力(大约半磅/平方英寸)下发生在两个平坦表面之间。这是通过在将要发生扩散焊接的表面形成基本真空,然后在所述真空中加热这些表面同时保持表面暴露于真空来实现的。此后,使表面在扩散焊接温度下彼此接触,并且这种接触仅在非常适中的压力下保持。在这样的压力和温度下,扩散焊接进行到完成以形成牢固和有效的焊接。
实现这种焊接的[敏感词]机制尚不完全清楚,但可以根据一些理由假设以下内容。在现有技术中,扩散焊接通常在接合表面相当干净的情况下进行。然而,即使在这些“干净”的表面上,也很可能至少存在一些少量的表面污染,例如以水的形式,或以空气或其他气体的形式附着在分子表面不规则处或可能被吸收到表面钛在表面附近,或作为少量油或其他有机物附着或吸附在表面等。已知氢在约 300°F 时被钛吸收,氮在 500°F 时被钛吸收.,氧在约 1300°F 时被钛吸收。在低压环境中的较高温度下,水会分解以提供氧气和氢气。在高于正常环境温度的某个温度下,碳也会被钛吸收。此外,已知当这些元素被吸收到钛中时,会发生一些脆化,因为它们变成间隙固溶体,然后趋向于将钛晶体稳定在α相,成为钛原子位错运动的屏障。
可以进一步推论,当根据通常的现有技术工艺将两个钛表面在正常扩散焊接压力(例如每平方英寸500至1000磅)下压在一起时,一些(也许大部分)表面污染物被截留在表面之间. 随着钛的温度升高到扩散结合温度(1500°至1700°F),这些污染物可能会吸收到靠近结合表面的钛中。此外,任何污染物先前被吸收到靠近结合表面的钛中都可能仍然被困在钛中。此外,一些污染物可能会形成小的高压气穴,这些气穴会产生反压,从而阻止钛填充空隙。然而,
将要扩散接合的平面暴露于真空中,并且在将钛升高到接近扩散接合温度的同时保持这种暴露。这种暴露是通过实际将组件彼此间隔开来完成的,或者通过非常小的接触压力预先组装组件,从而使正常的表面不规则性使表面充分暴露在真空环境中。据信,在该暴露过程中,几乎所有的表面污染物都从钛表面蒸发或“沸腾”掉,并且任何污染物被吸收到邻近表面的钛中也被泵出钛结构。相信这发生在 1000° 和 1500° F 之间。当钛接近焊接温度时,钛会适度软化并更容易屈服。因此,当接合表面在接合温度下仅以适度的压力接触时,就会有更紧密的接触。与表面区域相邻的钛没有脆化污染,将更容易变形为原子匹配表面以形成扩散原子。
如前所述,这种焊接在结合表面处以非常低的表面压力发生。可以进一步推测,这种扩散焊接发生的机制是“表面张力”现象,在这种现象中,围绕任何空隙的钛原子倾向于聚集在一起并填充空隙。
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