Warstwowe kompozyty Ti/Al/Ti otrzymane metodą dyfuzyjnego łączenia

Aluminium często jest używane do projektowania kompozytów warstwowych. Stosowane są wyroby z aluminium w postaci blach, czy też w postaci materiału typu „plaster miodu”. Do wytwarzania płaskich wyrobów warstwowych stosuje się między innymi procesy przeróbki plastycznej, metodę wybuchowego łączenia lub klejenie lekkiego rdzenia z wytrzymałą i sztywną metaliczną okładziną. Rdzeń takiego materiału jest wykonywany w postaci materiałów spienionych o strukturze porowatej lub materiałów typu plaster miodu. Okładziny wykonuje się natomiast ze stopów metali lekkich takich, jak aluminium i tytan. Całkowicie metaliczna konstrukcja może być osiągnięta poprzez zgrzewanie dyfuzyjne, ale uzyskuje się wówczas zwiększenie jej masy. W artykule przedstawiono wyniki badań możliwości zastosowania dyfuzyjnego łączenia do wytwarzania kompozytu warstwowego stop tytanu – proszek aluminium – stop tytanu w procesie prasowania na gorąco. Prasowanie realizowano w trzech etapach. Do wytworzenia kompozytu użyto blachy tytanowej ze stopu Ti6Al4V o grubości 1 mm oraz proszku aluminium, o wielkości cząstek mniejszej od 250 μm. Proces prasowania prowadzono w temperaturze 450oC, stosując nacisk prasowania 80 MPa. Podczas tego procesu otrzymano warstwę przejściową o grubości od 4 do 8 μm. Po trzecim prasowaniu osiągnięto zadawalającą wartość wytrzymałości na zginanie kompozytu wynoszącą 890 MPa, niewiele niższą od granicy plastyczności stopu Ti6Al4V, przy wytrzymałości na ścinanie połączenia 51 MPa. Problem dyfuzyjnego łączenia w warstwie przejściowej jest związany z utlenianiem aluminium i zmianą kształtu zagęszczonego podczas prasowania na gorąco proszku aluminium.

Aluminium is frequently used to designing of a layered composites, as a sheet or honeycomb components. Layered, flat composites are fabricated using metal forming processes and explosive bonding, or adhesive bonding of light core with strong and rigid metallic facings. The cores of these materials are often made from porous, foamed structure or honeycomb. Facings are fabricated from light metal alloys, like aluminium and titanium. An all metal construction can be achieved by diffusion bonding, with a weight penalty. Feasibility of fabrication of composites by hot pressing, up to three applications, of a titanium alloy – aluminium powder – titanium alloy sandwich beams by diffusion bonding was demonstrated. TiAl4V sheet with thickness 1mm and aluminium powder with particle size less than 250 μm were used: temperature 450oC, compression stress 80 MPa. A continuous interfacial layer with thickness from 4 to 8 μm was produced. After third pressing, 51 MPa shear strength was attained with the flexural stress, 890 MPa, slightly below the yield stress of Ti6Al4V. Problems of bonding of an in the interfacial zone are associated with oxidation of aluminium and shape change of the being densified aluminium powder during hot pressing.