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Mar 02, 2024

Saldatura per diffusione per unire metalli diversi

Nel settore aerospaziale, la saldatura per diffusione dei metalli è un metodo di giunzione essenziale per ottenere un'interfaccia di elevata purezza quando due metalli simili richiedono un'integrità strutturale superiore. Il processo prevede l'applicazione

Nel settore aerospaziale, la saldatura per diffusione dei metalli è un metodo di giunzione essenziale per ottenere un'interfaccia di elevata purezza quando due metalli simili richiedono un'integrità strutturale superiore. Il processo prevede l’applicazione di alta temperatura e pressione ai metalli accoppiati insieme in una pressa a caldo, facendo sì che gli atomi sulle superfici metalliche solide si intersechino e si leghino.

L'incollaggio per diffusione tramite pressa a caldo produce risultati costantemente uniformi nell'unione dei materiali per una vasta gamma di applicazioni aerospaziali. La pressione applicata indotta dall'apparecchiatura di pressatura a caldo, combinata con software e sensori di loop-back per un controllo preciso con precisione micrometrica, può produrre una pressione costante su diversi piedi quadrati per l'assemblaggio dei componenti. Ciò ha reso la tecnologia interessante per gli ingegneri progettisti nei settori aerospaziale, dei semiconduttori e dell'energia.

Grazie al suo elevato grado di controllo del processo, la saldatura per diffusione è sempre più utilizzata a livello commerciale per unire il titanio con leghe ferro-nichel, le leghe di titanio con l'acciaio inossidabile e persino alcune applicazioni di alluminio con altri metalli. Il processo consente inoltre l'accoppiamento tra diverse leghe dello stesso gruppo di materiali, come acciaio dolce, acciaio per utensili e compositi a matrice metallica.

Per utilizzare con successo il legame per diffusione è necessaria la comprensione delle complessità dell'interfaccia e dei suoi effetti sulle proprietà chimiche e termo-meccaniche del legame. Tuttavia, data la tradizionale attenzione del settore alla saldatura e alla brasatura, la formazione formale sul diffusion bonding è stata minima, secondo Thomas Palamides, senior product & sales manager – forni industriali, PVA TePla AG, produttore globale di forni industriali e sistemi di nitrurazione PulsPlasma.

“La combinazione delle proprietà benefiche di diversi metalli è la ragione principale per esplorare il legame per diffusione. Tuttavia, quando i produttori aerospaziali si rivolgono a noi, spesso i progettisti non hanno familiarità con i migliori metodi di progettazione dei componenti per ottimizzare l'uniformità del legame o non hanno familiarità con la migliore finitura superficiale dei materiali", afferma Palamides.

L'importanza di progettare un giunto metallico diverso spesso risiede nel desiderio di esporre la superficie metallica corretta a condizioni ambientali specifiche in cui una singola lega potrebbe non funzionare altrettanto bene. Un altro motivo è introdurre sistemi di materiali più leggeri o fornire un livello di resistenza alla corrosione ottenuto solo imballando metalli diversi.

La saldatura per diffusione è ora un processo praticabile per la fabbricazione di hardware strutturale aerospaziale o dispositivi per il flusso di fluidi e gas, compresi dispositivi di gestione termica per armi di difesa, motori a razzo a combustibile liquido e antenne ibride a onde millimetriche per la sorveglianza terrestre e spaziale.

La geometria delle antenne per il rilevamento delle onde radio elettroniche polarizzate è al centro di questa tecnologia e il diffusion bonding prevede progetti più complessi per prestazioni migliori.

Inoltre, la saldatura per diffusione di leghe di titanio, acciaio e rame consente di fabbricare componenti aerospaziali con configurazioni complesse. Il metodo può essere utilizzato con successo con la formatura mediante soffiatura per realizzare componenti aerospaziali dalla forma quasi perfetta, inclusi serbatoi ad alta pressione per il controllo dell'assetto dei veicoli spaziali, una camera di combustione con canali di raffreddamento in rame e pannelli strutturali leggeri.

L'incollaggio per diffusione ha anche enormi potenzialità di applicazione per il raffreddamento conformato o per l'incollaggio di strati di lamiera che contengono strutture di canali/microcanali lavorati. Se combinati, i canali possono fornire raffreddamento o dissipazione del calore. Gli strati possono essere incollati fino ad un'altezza della pila di 600 mm nel MOV [forno a pareti fredde con] pressa per incollaggio a diffusione, mantenendo la stessa resistenza dei materiali di base.

Un'altra applicazione correlata al raffreddamento conformato è per gli stampi per iniezione plastica realizzati in design a 2 strati di acciaio per utensili a bassa lega con acciaio inossidabile come STAVAX.

Sebbene esista un'ampia ricerca sull'argomento, gli ingegneri progettisti possono ancora trovare difficile convertire le informazioni nella produzione reale di una parte specifica. In questo caso, può essere utile collaborare con esperti con un ampio database di parametri di elaborazione riusciti da applicazioni precedenti e accesso ad apparecchiature su scala industriale.