(1) Característiques de la soldadura Els problemes que planteja la soldadura policristal·lina de grafit i diamant són molt similars als que es troben en la soldadura ceràmica. En comparació amb el metall, la soldadura és difícil de mullar els materials policristal·lins de grafit i diamant, i el seu coeficient d'expansió tèrmica és molt diferent del dels materials estructurals generals. Tots dos s'escalfen directament a l'aire i l'oxidació o carbonització es produirà quan la temperatura superi els 400 ℃. Per tant, s'ha d'adoptar la soldadura al buit i el grau de buit no ha de ser inferior a 10-1pa. Com que la resistència d'ambdós no és alta, si hi ha tensió tèrmica durant la soldadura, es poden produir esquerdes. Intenteu seleccionar metall d'aportació de soldadura amb un baix coeficient d'expansió tèrmica i controleu estrictament la velocitat de refredament. Com que la superfície d'aquests materials no és fàcil de mullar amb els metalls de farciment de soldadura ordinaris, es pot dipositar una capa de W, Mo i altres elements de 2,5 ~ 12,5 µm de gruix a la superfície de materials policristal·lins de grafit i diamant mitjançant la modificació de la superfície (recobriment al buit, polvorització iònica, polvorització de plasma i altres mètodes) abans de la soldadura i formar els carburs corresponents amb ells, o es poden utilitzar metalls de farciment de soldadura d'alta activitat.
El grafit i el diamant tenen molts graus, que difereixen en la mida de partícula, la densitat, la puresa i altres aspectes, i tenen diferents característiques de soldadura. A més, si la temperatura dels materials de diamant policristal·lí supera els 1000 ℃, la relació de desgast policristal·lí comença a disminuir, i la relació de desgast disminueix més d'un 50% quan la temperatura supera els 1200 ℃. Per tant, quan es solda diamant al buit, la temperatura de soldadura s'ha de controlar per sota dels 1200 ℃, i el grau de buit no ha de ser inferior a 5 × 10-2Pa.
(2) L'elecció del metall d'aportació de soldadura es basa principalment en l'ús i el processament de la superfície. Quan s'utilitza com a material resistent a la calor, s'ha de seleccionar el metall d'aportació de soldadura amb alta temperatura de soldadura i bona resistència a la calor; Per a materials resistents a la corrosió química, es seleccionen metalls d'aportació de soldadura amb baixa temperatura de soldadura i bona resistència a la corrosió. Per al grafit després del tractament de metal·lització superficial, es pot utilitzar soldadura de coure pur amb alta ductilitat i bona resistència a la corrosió. La soldadura activa a base de plata i coure té una bona humectabilitat i fluïdesa respecte al grafit i al diamant, però la temperatura de servei de la unió soldada és difícil de superar els 400 ℃. Per a components de grafit i eines de diamant utilitzades entre 400 ℃ i 800 ℃, normalment s'utilitzen metalls d'aportació a base d'or, base de pal·ladi, base de manganès o base de titani. Per a unions utilitzades entre 800 ℃ i 1000 ℃, s'han d'utilitzar metalls d'aportació a base de níquel o de perforació. Quan s'utilitzen components de grafit per sobre dels 1000 ℃, es poden utilitzar metalls de farciment metàl·lics purs (Ni, PD, Ti) o metalls de farciment d'aliatge que continguin molibdè, Mo, Ta i altres elements que poden formar carburs amb carboni.
Per al grafit o el diamant sense tractament superficial, els metalls de farciment actius de la taula 16 es poden utilitzar per a la soldadura directa. La majoria d'aquests metalls de farciment són aliatges binaris o ternaris basats en titani. El titani pur reacciona fortament amb el grafit, que pot formar una capa de carbur molt gruixuda, i el seu coeficient d'expansió lineal és força diferent del del grafit, que és fàcil de produir esquerdes, per la qual cosa no es pot utilitzar com a soldadura. L'addició de Cr i Ni al Ti pot reduir el punt de fusió i millorar la humectabilitat amb la ceràmica. El Ti és un aliatge ternari, compost principalment de Ti Zr, amb l'addició de TA, Nb i altres elements. Té un baix coeficient d'expansió lineal, que pot reduir la tensió de soldadura. L'aliatge ternari compost principalment de Ti Cu és adequat per a la soldadura de grafit i acer, i la unió té una alta resistència a la corrosió.
Taula 16 Metalls d'aportació per a la soldadura directa de grafit i diamant
(3) Procés de soldadura Els mètodes de soldadura del grafit es poden dividir en dues categories: una és la soldadura després de la metal·lització superficial i l'altra és la soldadura sense tractament superficial. Independentment del mètode utilitzat, la soldadura s'ha de tractar prèviament abans del muntatge i els contaminants superficials dels materials de grafit s'han de netejar amb alcohol o acetona. En el cas de la soldadura per metal·lització superficial, s'ha de recobrir una capa de Ni, Cu o una capa de Ti, Zr o disiliciura de molibdè sobre la superfície del grafit mitjançant polvorització per plasma i, a continuació, s'ha d'utilitzar metall d'aportació a base de coure o metall d'aportació a base de plata per a la soldadura. La soldadura directa amb soldadura activa és el mètode més utilitzat actualment. La temperatura de soldadura es pot seleccionar segons la soldadura que es proporciona a la taula 16. La soldadura es pot fixar al mig de la unió soldada o a prop d'un extrem. Quan es solda amb un metall amb un coeficient d'expansió tèrmica elevat, es pot utilitzar Mo o Ti amb un cert gruix com a capa intermèdia amortidora. La capa de transició pot produir deformació plàstica durant l'escalfament de la soldadura, absorbir l'estrès tèrmic i evitar l'esquerdament del grafit. Per exemple, el Mo s'utilitza com a junta de transició per a la soldadura al buit de components de grafit i hastellòyn. S'utilitza soldadura B-pd60ni35cr5 amb bona resistència a la corrosió i la radiació de sals foses. La temperatura de soldadura és de 1260 ℃ i es manté la temperatura durant 10 minuts.
El diamant natural es pot soldar directament amb b-ag68.8cu16.7ti4.5, b-ag66cu26ti8 i altres soldadures actives. La soldadura s'ha de dur a terme sota protecció de buit o amb baix argó. La temperatura de soldadura no ha de superar els 850 ℃ i s'ha de seleccionar una velocitat d'escalfament més ràpida. El temps de manteniment a la temperatura de soldadura no ha de ser massa llarg (generalment uns 10 s) per evitar la formació d'una capa de tic contínua a la interfície. Quan es solda diamant i acer d'aliatge, s'ha d'afegir una capa intermèdia de plàstic o una capa d'aliatge de baixa expansió per a la transició per evitar el dany dels grans de diamant causat per una tensió tèrmica excessiva. L'eina de tornejat o l'eina de perforació per al mecanitzat d'ultra precisió es fabrica mitjançant un procés de soldadura, que solda de 20 a 100 mg de diamant de partícules petites al cos d'acer, i la resistència de la unió de soldadura arriba als 200 a 250 mpa.
El diamant policristal·lí es pot soldar per flama, alta freqüència o buit. Per tallar metall o pedra amb fulles de serra circular de diamant, s'ha d'adoptar la soldadura d'alta freqüència o la soldadura amb flama. S'ha de seleccionar un metall d'aportació de soldadura activa Ag Cu Ti amb un punt de fusió baix. La temperatura de soldadura s'ha de controlar per sota de 850 ℃, el temps d'escalfament no ha de ser massa llarg i s'ha d'adoptar una velocitat de refredament lenta. Les broques de diamant policristal·lí utilitzades en la perforació petroliera i geològica tenen males condicions de treball i suporten grans càrregues d'impacte. Es pot seleccionar metall d'aportació de soldadura a base de níquel i es pot utilitzar làmina de coure pur com a capa intermèdia per a la soldadura al buit. Per exemple, es solda un diamant policristal·lí columnar de 350 ~ 400 càpsules Ф 4,5 ~ 4,5 mm a les perforacions d'acer 35CrMo o 40CrNiMo per formar dents de tall. S'adopta la soldadura al buit i el grau de buit no és inferior a 5 × 10-2Pa, la temperatura de soldadura és de 1020 ± 5 ℃, el temps de retenció és de 20 ± 2 min i la resistència al cisallament de la junta de soldadura és superior a 200 mpa
Durant la soldadura, s'ha d'utilitzar el pes propi de la peça soldada per al muntatge i posicionament tant com sigui possible per fer que la peça metàl·lica premi el grafit o el material policristal·lí a la part superior. Quan s'utilitzi la fixació per al posicionament, el material de fixació ha de ser el material amb un coeficient de dilatació tèrmica similar al de la peça soldada.
Data de publicació: 13 de juny de 2022