(1) Características da soldadura Os problemas que implica a soldadura policristalina de grafito e diamante son moi similares aos que se atopan na soldadura cerámica. En comparación co metal, a soldadura é difícil de mollar os materiais policristalinos de grafito e diamante, e o seu coeficiente de expansión térmica é moi diferente do dos materiais estruturais xerais. Ambos quéntanse directamente ao aire e a oxidación ou carbonización ocorrerá cando a temperatura supere os 400 ℃. Polo tanto, débese adoptar a soldadura ao baleiro e o grao de baleiro non será inferior a 10-1pa. Debido a que a resistencia de ambos non é alta, se hai tensión térmica durante a soldadura, poden producirse gretas. Tente seleccionar metal de aporte de soldadura cun baixo coeficiente de expansión térmica e controle estritamente a velocidade de arrefriamento. Dado que a superficie destes materiais non é doada de mollar cos metais de recheo de soldadura ordinarios, pódese depositar unha capa de W, Mo e outros elementos de 2,5 ~ 12,5 um de espesor na superficie de materiais policristalinos de grafito e diamante mediante modificación superficial (revestimento ao baleiro, pulverización iónica, pulverización por plasma e outros métodos) antes da soldadura e formar os carburos correspondentes con eles, ou pódense usar metais de recheo de soldadura de alta actividade.
O grafito e o diamante teñen moitas calidades, que difiren no tamaño das partículas, a densidade, a pureza e outros aspectos, e teñen diferentes características de soldadura. Ademais, se a temperatura dos materiais de diamante policristalino supera os 1000 ℃, a taxa de desgaste policristalino comeza a diminuír e a taxa de desgaste diminúe en máis dun 50 % cando a temperatura supera os 1200 ℃. Polo tanto, ao soldar diamantes ao baleiro, a temperatura de soldadura debe controlarse por debaixo dos 1200 ℃ e o grao de baleiro non debe ser inferior a 5 × 10-2Pa.
(2) A elección do metal de recheo para soldadura baséase principalmente no uso e no procesamento da superficie. Cando se usa como material resistente á calor, débese seleccionar o metal de recheo para soldadura con alta temperatura de soldadura e boa resistencia á calor; para materiais resistentes á corrosión química, elíxense metais de recheo para soldadura con baixa temperatura de soldadura e boa resistencia á corrosión. Para o grafito despois do tratamento de metalización superficial, pódese usar soldadura de cobre puro con alta ductilidade e boa resistencia á corrosión. As soldaduras activas a base de prata e cobre teñen boa mollabilidade e fluidez ao grafito e ao diamante, pero é difícil que a temperatura de servizo da unión soldada supere os 400 ℃. Para compoñentes de grafito e ferramentas de diamante utilizadas entre 400 ℃ e 800 ℃, adoitan usarse metais de recheo a base de ouro, a base de paladio, a base de manganeso ou a base de titanio. Para unións utilizadas entre 800 ℃ e 1000 ℃, débense usar metais de recheo a base de níquel ou de broca. Cando se empregan compoñentes de grafito a temperaturas superiores a 1000 ℃, pódense empregar metais de recheo metálicos puros (Ni, PD, Ti) ou metais de recheo de aliaxe que conteñan molibdeno, Mo, Ta e outros elementos que poidan formar carburos co carbono.
Para grafito ou diamante sen tratamento superficial, os metais de recheo activos da táboa 16 pódense usar para a soldadura directa. A maioría destes metais de recheo son aliaxes binarias ou ternarias a base de titanio. O titanio puro reacciona fortemente co grafito, que pode formar unha capa de carburo moi grosa, e o seu coeficiente de expansión lineal é bastante diferente ao do grafito, que é doado de producir gretas, polo que non se pode usar como soldadura. A adición de Cr e Ni ao Ti pode reducir o punto de fusión e mellorar a mollabilidade coa cerámica. O Ti é unha aliaxe ternaria, composta principalmente de Ti Zr, coa adición de TA, Nb e outros elementos. Ten un baixo coeficiente de expansión lineal, o que pode reducir a tensión de soldadura. A aliaxe ternaria composta principalmente de Ti Cu é axeitada para a soldadura de grafito e aceiro, e a unión ten unha alta resistencia á corrosión.
Táboa 16 metais de aporte para soldadura directa de grafito e diamante
(3) Proceso de soldadura Os métodos de soldadura do grafito pódense dividir en dúas categorías: unha é a soldadura despois da metalización superficial e a outra é a soldadura sen tratamento superficial. Independentemente do método utilizado, a soldadura debe tratarse previamente antes da montaxe e os contaminantes superficiais dos materiais de grafito deben limparse con alcohol ou acetona. No caso da soldadura por metalización superficial, débese aplicar unha capa de Ni, Cu ou unha capa de Ti, Zr ou disiliciuro de molibdeno sobre a superficie do grafito mediante pulverización por plasma e, a continuación, debe utilizarse metal de recheo a base de cobre ou metal de recheo a base de prata para a soldadura. A soldadura directa con soldadura activa é o método máis utilizado na actualidade. A temperatura de soldadura pode seleccionarse segundo a soldadura proporcionada na táboa 16. A soldadura pode fixarse no medio da unión soldada ou preto dun extremo. Ao soldar cun metal cun gran coeficiente de expansión térmica, pódese usar Mo ou Ti cun certo grosor como capa intermedia de amortiguamento. A capa de transición pode producir deformación plástica durante o quecemento da soldadura, absorber a tensión térmica e evitar o agrietamento do grafito. Por exemplo, o Mo úsase como unión de transición para a soldadura ao baleiro de compoñentes de grafito e hastellóyn. Úsase soldadura B-pd60ni35cr5 con boa resistencia á corrosión por sales fundidas e á radiación. A temperatura de soldadura é de 1260 ℃ e mantense durante 10 minutos.
O diamante natural pódese soldar directamente con b-ag68.8cu16.7ti4.5, b-ag66cu26ti8 e outras soldaduras activas. A soldadura debe levarse a cabo en baleiro ou con protección de baixo argon. A temperatura de soldadura non debe superar os 850 ℃ e debe seleccionarse unha velocidade de quecemento máis rápida. O tempo de mantemento á temperatura de soldadura non debe ser demasiado longo (xeralmente uns 10 s) para evitar a formación dunha capa de tic continua na interface. Ao soldar diamante e aceiro de aliaxe, débese engadir unha capa intermedia de plástico ou unha capa de aliaxe de baixa expansión para a transición e evitar os danos nos grans de diamante causados por unha tensión térmica excesiva. A ferramenta de torneado ou a ferramenta de perforación para o mecanizado de ultraprecisión fabrícase mediante un proceso de soldadura, que solda de 20 a 100 mg de partículas pequenas de diamante sobre o corpo de aceiro, e a resistencia da unión de soldadura alcanza os 200 a 250 mpa.
O diamante policristalino pode soldarse mediante chama, alta frecuencia ou baleiro. Para cortar metal ou pedra con láminas de serra circular de diamante, débese adoptar soldadura de alta frecuencia ou soldadura por chama. Débese seleccionar metal de recheo para soldadura activa de Ag Cu Ti con baixo punto de fusión. A temperatura de soldadura debe controlarse por debaixo de 850 ℃, o tempo de quecemento non debe ser demasiado longo e debe adoptarse unha velocidade de arrefriamento lenta. As brocas de diamante policristalino utilizadas na perforación petrolífera e xeolóxica teñen malas condicións de traballo e soportan enormes cargas de impacto. Pódese seleccionar metal de recheo para soldadura a base de níquel e pódese usar unha lámina de cobre puro como capa intermedia para a soldadura ao baleiro. Por exemplo, un diamante policristalino columnar de 350 ~ 400 cápsulas de Ф 4,5 ~ 4,5 mm soldase nas perforacións de aceiro 35CrMo ou 40CrNiMo para formar dentes de corte. Adóptase a soldadura ao baleiro e o grao de baleiro non é inferior a 5 × 10-2Pa, a temperatura de soldadura é de 1020 ± 5 ℃, o tempo de retención é de 20 ± 2 minutos e a resistencia ao cizallamento da unión de soldadura é superior a 200 mpa.
Durante a soldadura, o peso propio da peza soldada debe usarse para a montaxe e o posicionamento na medida do posible para facer que a peza metálica presione o grafito ou o material policristalino na parte superior. Ao usar a fixación para o posicionamento, o material de fixación debe ser o material cun coeficiente de expansión térmica similar ao da peza soldada.
Data de publicación: 13 de xuño de 2022