מסיבות מבניות, יישום או כלכליות, תעשיות רבות צריכות להצטרף לחומרי מתכת שונים. על ידי שילוב מתכות שונות ניתן לנצל טוב יותר את התכונות הטובות ביותר של כל מתכת. לכן, לפני תחילת כל פעולת ריתוך, על הרתך לקבוע את התכונות של כל חומר הכוללות את נקודת ההתכה של המתכת, התפשטות תרמית וכו'. לאחר מכן, תהליך הריתוך נבחר כך שיתאים להם לפי תכונות החומר.
ריתוך מתכת שונה הוא תהליך של ריתוך שני חומרים שונים או יותר (שונים בהרכב הכימי, הארגון או המאפיינים המתכתיים וכו') בתנאי תהליך מסוימים. בריתוך של מתכות שונות, הנפוץ ביותר הוא ריתוך של פלדה לא דומות, ואחריו ריתוך מתכות לא ברזליות שונות. כאשר מרותכים מתכות שונות, נוצרת שכבת מעבר בעלת תכונות שונות מחומר האב. בגלל ההבדלים המשמעותיים בתכונות היסוד, התכונות הפיזיקליות והתכונות הכימיות של מתכות שונות, הריתוך של חומרים לא דומים הוא הרבה יותר מורכב מבחינה טכנית מאשר ריתוך של חומרים לא דומים.
מהן הבעיות של ריתוך מתכות לא דומות?
1. ככל שההבדל בנקודת ההתכה של חומרים לא דומים גדול יותר, כך קשה יותר לרתך.
הסיבה לכך היא שנקודת ההיתוך הנמוכה של החומר מגיעה למצב ההיתוך, נקודת ההיתוך הגבוהה של החומר עדיין במצב מוצק, כאשר לחומר המומס קל לחדור את גבולות התבואה של האזור המחומם, מה שעלול לגרום לאובדן של חומרים בנקודת התכה נמוכה, אלמנטים מתגזרים שנשרפו או התאדו, מה שמקשה על ריתוך המפרק. לדוגמה, בעת ריתוך ברזל ועופרת (הבדל בנקודת התכה), לא רק שני החומרים במצב מוצק אינם יכולים להתמוסס אחד את השני, אלא גם במצב נוזלי אינם יכולים להתמוסס זה את זה, המתכת הנוזלית מפוזרת בשכבות, וכן לאחר קירור כל התגבשות נפרדת.
2. ככל שההבדל גדול יותר במקדם ההתפשטות ליניארית של חומרים לא דומים, כך קשה יותר לרתך.
ככל שמקדם ההתפשטות הליניארית של החומר גדול יותר, קצב ההתפשטות התרמית גדול יותר, ההתכווצות במהלך הקירור גדולה יותר, התגבשות בריכת ההיתוך תיצור מתח ריתוך גדול. לחץ ריתוך זה אינו קל לביטול, התוצאה תיצור עיוות ריתוך גדול. מכיוון שהחומר משני צידי הריתוך נתון למצבי מתח שונים, מוביל בקלות לסדקים באזור הריתוך והחום, ואף מוביל להפשטה של מתכת ריתוך וחומר בסיס.
3. ככל שההבדל במוליכות התרמית וביכולת החום הסגולית של חומרים לא דומים גדול יותר, כך קשה יותר לרתך.
המוליכות התרמית וקיבולת החום הספציפית של החומר יגרמו לתנאי התגבשות המתכת הריתוך להידרדר, הגרגרים מתגסים ברצינות וישפיעו על תכונות ההרטבה של מתכות עקשנות. לכן, יש לבחור מקור חום חזק לריתוך, מיקום מקור החום צריך להיות מוטה לכיוון הצד של חומר הבסיס עם מוליכות תרמית טובה בעת הריתוך.
4. ככל שההבדל בין התכונות האלקטרומגנטיות של חומרים לא דומים גדול יותר, כך קשה יותר לרתך.
מכיוון שככל שההבדל באלקטרומגנטיות של החומר גדול יותר, ככל שקשת הריתוך לא יציבה יותר, כך הריתוך גרוע יותר.
5. ככל שנוצרות יותר תרכובות בין-מתכתיות בין חומרים לא דומים, כך קשה יותר לרתך.
מאז תרכובות intermetallic יש פריכות גדולה יותר, בקלות להוביל סדקים ואפילו שברים ריתוך.
6. ככל שהחמצון חזק יותר של חומרים לא דומים, כך קשה יותר לרתך.
אם ריתוך נחושת ואלומיניום בשיטת ריתוך היתוך, בריכת ההיתוך קלה מאוד ליצור תחמוצות נחושת ואלומיניום. בעת קירור התגבשות, נוכחות של תחמוצות בגבולות התבואה יכולה לגרום לכוח ההתקשרות הבין-גרעיני מופחת.
7. בעת ריתוך חומרים לא דומים, קשה להשיג את הריתוך ושתי המתכות הבסיסיות לדרישות החוזק השווה.
זה נובע מנקודת ההיתוך הנמוכה של יסודות המתכת שנשרפים בקלות ומתאדים במהלך הריתוך, וכתוצאה מכך שינויים בהרכב הכימי של הריתוך, תכונות מכניות מופחתות, במיוחד כאשר ריתוך מתכות לא ברזליות שונות משמעותיות יותר.
היישום של טכנולוגיית ריתוך לייזר לריתוך מתכת שונה
1. ריתוך לייזר נחושת ופלדה
ריתוך נחושת ופלדה אופייני לריתוך חומרים לא דומים. נקודת ההיתוך, המוליכות התרמית, מקדם ההתפשטות ליניארית ותכונות מכניות של נחושת ופלדה שונים מאוד, מה שלא תורם לריתוך ישיר של נחושת ופלדה. ריתוך לייזר של נחושת ופלדה הפך למגמת הפיתוח הנוכחית המבוססת על היתרונות של צפיפות אנרגיה תרמית גבוהה, כמות נמוכה של מתכת מותכת, אזור צר מושפע חום, איכות מפרקים גבוהה ותפוקה גבוהה של ריתוך לייזר. עם זאת, שיעור הספיגה של נחושת עבור רוב היישומים התעשייתיים הוא נמוך יחסית, ונחושת גם נוטה לפגמים כמו חמצון, נקבוביות וסדקים במהלך תהליך הריתוך. מבוסס על תהליך ריתוך לייזר בלייזר רב-מצבי של מתכות שונות בנחושת ופלדה לפיתוח נוסף.
2. ריתוך לייזר אלומיניום ופלדה
אלומיניום, הבדל נקודת התכה של פלדה, תרכובת חלקי מתכת קלים ליצירה מחומרים שונים, ואלומיניום, סגסוגת פלדה בעלת רפלקטיביות גבוהה ומאפייני מוליכות תרמית גבוהה, קשה ליצור חור מפתח בתהליך הריתוך, הריתוך דורש צפיפות אנרגיה גבוהה . ניסויים מצאו כי על ידי שליטה באנרגיית הלייזר ובזמן פעולת החומר, ניתן להפחית את עובי שכבת התגובה של הממשק, לשלוט ביעילות על יצירת שלבי ביניים.
3. ריתוך לייזר מגנזיום אלומיניום וסגסוגת אלומיניום מגנזיום
לאלומיניום וסגסוגותיו עמידות טובה בפני קורוזיה, חוזק ספציפי גבוה, מוליכות חשמלית ותרמית טובה ויתרונות נוספים. מגנזיום קל יותר מאלומיניום, מתכת לא ברזלית, גם בעל חוזק וקשיחות ספציפיים גבוהים ויכולת סיסמית טובה. הבעיה העיקרית של ריתוך מגנזיום ואלומיניום היא שחומר הבסיס עצמו קל מאוד לחמצון, מקדם העברת חום, קל לייצר סדקים ונקבוביות ופגמי ריתוך אחרים, וקל מאוד לייצר תרכובות בין-מתכתיות, מה שמפחית משמעותית את התכונות המכניות של חיבורים מרותכים.
