Estokerroksen muodostuminen
Estokerroksen muodostuminen on hauraiden intermetallisten faasien (esim. Fe2Al5) syntymistä suoraan liitosvyöhykkeelle, kun alumiini ja teräs lyhytaikaisesti sulavat hitsauksen aikana. Tämä kova, halkeamisherkkä kerros erottaa molemmat materiaalit ja murtuu heti kuormituksessa.
Fysikaalis-kemiallinen vaikutusmekanismi
Nestemäisen alumiinin ja kiinteän teräksen rajapinnalla rauta- ja alumiiniatomit diffundoituvat toisiinsa. Jäähtyessä muodostuu hauraita intermetallisia faaseja, kuten FeAl3 tai Fe2Al5. Näillä faaseilla on hyvin järjestäytynyt kiderakenne ilman liukutasoja, ja ne saavuttavat kovuuksia jopa 1000 HV. Kerrospaksuus kasvaa eksponentiaalisesti lämpötilan ja kontaktiajan myötä. Nopea jäähdytys jähmettää ohuen mutta kovan kerroksen.
Metallurginen merkitys ja riskit hitsauksessa
Hauras kerros ei juuri muovaudu. Jäähtymisen aiheuttamien kutistusjännitysten vaikutuksesta kerrosta pitkin syntyy välittömästi halkeamia. Liitos pettää jo pienellä kuormituksella. Noin 10 µm kerrospaksuudesta alkaen koko sauma tulee käyttökelvottomaksi. Alumiinin ja teräksen erilainen lämpölaajeneminen aiheuttaa lisäjännityksiä. Huokosia voi syntyä, jos oksideja tai kosteutta jää liitosvyöhykkeeseen.
Pajakäytäntö ja toimintaohjeet
Sulakerroksen muodostumista voidaan vain minimoida, ei täysin estää. Pidä sulan altaan kontaktiaika alle 0,5 sekunnin. Rajoita lämmöntuontia lyhyellä valokaarella, suurella hitsausnopeudella ja alhaisella virralla. Tavoitteena on intermetallinen kerrospaksuus alle 5 µm. Käytä siirtymäkappaleita räjähdyshitsatusta alumiini-teräksestä tai käytä kitkahitsausta tai laserhitsausta tarkalla energianhallinnalla. Puhdista liitospinnat huolellisesti ja poista oksidikerrokset. Vältä teräksen esilämmitystä, sillä lämpö nopeuttaa diffuusiota.