(1) Charakterystyka lutowania Problemy związane z lutowaniem polikrystalicznym grafitu i diamentu są bardzo podobne do problemów występujących przy lutowaniu ceramicznym.W porównaniu z metalem, lut jest trudny do zwilżania grafitowymi i diamentowymi materiałami polikrystalicznymi, a jego współczynnik rozszerzalności cieplnej jest bardzo różny od ogólnych materiałów konstrukcyjnych.Oba są ogrzewane bezpośrednio w powietrzu, a utlenianie lub karbonizacja nastąpi, gdy temperatura przekroczy 400 ℃.Dlatego należy przyjąć lutowanie próżniowe, a stopień próżni nie może być mniejszy niż 10-1pa.Ponieważ wytrzymałość obu nie jest wysoka, jeśli podczas lutowania wystąpi naprężenie termiczne, mogą wystąpić pęknięcia.Staraj się wybierać spoiwo do lutowania twardego o niskim współczynniku rozszerzalności cieplnej i ściśle kontroluj szybkość chłodzenia.Ponieważ powierzchnia takich materiałów nie jest łatwa do zwilżenia zwykłymi spoiwami do lutowania twardego, warstwę W, Mo i innych pierwiastków o grubości 2,5 ~ 12,5um można osadzić na powierzchni materiałów polikrystalicznych grafitowych i diamentowych przez modyfikację powierzchni (powlekanie próżniowe , napylanie jonowe, natryskiwanie plazmowe i inne metody) przed lutowaniem twardym i utworzenie z nimi odpowiednich węglików lub można zastosować spoiwa o wysokiej aktywności do lutowania twardego.
Grafit i diament mają wiele gatunków, które różnią się wielkością cząstek, gęstością, czystością i innymi aspektami oraz mają różne właściwości lutowania.Ponadto, jeśli temperatura materiałów z polikrystalicznego diamentu przekracza 1000 ℃, wskaźnik zużycia polikrystalicznego zaczyna spadać, a wskaźnik zużycia spada o ponad 50%, gdy temperatura przekracza 1200 ℃.Dlatego przy lutowaniu próżniowym diamentu temperatura lutowania musi być kontrolowana poniżej 1200 ℃, a stopień próżni nie może być mniejszy niż 5 × 10-2 Pa.
(2) Wybór spoiwa do lutowania twardego opiera się głównie na zastosowaniu i obróbce powierzchni.W przypadku stosowania jako materiał żaroodporny należy wybrać spoiwo lutownicze o wysokiej temperaturze lutowania i dobrej odporności na ciepło;W przypadku materiałów odpornych na korozję chemiczną wybiera się spoiwa do lutowania twardego o niskiej temperaturze lutowania i dobrej odporności na korozję.W przypadku grafitu po obróbce metalizacji powierzchni można zastosować czysty lut miedziany o wysokiej ciągliwości i dobrej odporności na korozję.Lut aktywny na bazie srebra i miedzi ma dobrą zwilżalność i płynność do grafitu i diamentu, ale temperatura pracy lutowanego złącza jest trudna do przekroczenia 400℃.W przypadku elementów grafitowych i narzędzi diamentowych stosowanych między 400 ℃ a 800 ℃ zwykle stosuje się spoiwa na bazie złota, na bazie palladu, na bazie manganu lub na bazie tytanu.W przypadku połączeń stosowanych między 800 ℃ a 1000 ℃ należy stosować spoiwa na bazie niklu lub wiertła.W przypadku stosowania komponentów grafitowych w temperaturach powyżej 1000 ℃ można stosować czyste spoiwa metaliczne (Ni, PD, Ti) lub spoiwa stopowe zawierające molibden, Mo, Ta i inne pierwiastki, które mogą tworzyć węgliki z węglem.
W przypadku grafitu lub diamentu bez obróbki powierzchni, aktywne luty z tabeli 16 można stosować do lutowania bezpośredniego.Większość z tych spoiw to stopy binarne lub trójskładnikowe na bazie tytanu.Czysty tytan silnie reaguje z grafitem, który może tworzyć bardzo grubą warstwę węglika, a jego współczynnik rozszerzalności liniowej jest zupełnie inny niż grafitu, który łatwo tworzy pęknięcia, przez co nie może być stosowany jako lut.Dodatek Cr i Ni do Ti może obniżyć temperaturę topnienia i poprawić zwilżalność ceramiki.Ti jest stopem trójskładnikowym, składającym się głównie z Ti Zr, z dodatkiem TA, Nb i innych pierwiastków.Ma niski współczynnik rozszerzalności liniowej, co może zmniejszyć naprężenia lutowania.Stop trójskładnikowy składający się głównie z Ti Cu nadaje się do lutowania twardego grafitu i stali, a złącze ma wysoką odporność na korozję.
Tabela 16 Spoiwa do lutowania twardego do bezpośredniego lutowania grafitu i diamentu
(3) Proces lutowania Metody lutowania grafitu można podzielić na dwie kategorie, jedna to lutowanie po metalizacji powierzchni, a druga to lutowanie bez obróbki powierzchni.Niezależnie od zastosowanej metody, element spawany powinien być wstępnie przygotowany przed montażem, a zanieczyszczenia powierzchni materiałów grafitowych należy przetrzeć do czysta alkoholem lub acetonem.W przypadku lutowania z metalizacją powierzchniową, na powierzchnię grafitu należy nanieść warstwę Ni, Cu lub warstwę Ti, Zr lub dwukrzemku molibdenu, a następnie do lutowania należy zastosować spoiwo na bazie miedzi lub srebra .Obecnie najczęściej stosowaną metodą jest bezpośrednie lutowanie lutem aktywnym.Temperaturę lutowania można dobrać zgodnie z lutem podanym w tabeli 16. Lut może być zaciśnięty w środku złącza lutowanego lub w pobliżu jednego końca.Podczas lutowania metalem o dużym współczynniku rozszerzalności cieplnej, jako pośrednią warstwę buforową można zastosować Mo lub Ti o określonej grubości.Warstwa przejściowa może powodować odkształcenia plastyczne podczas nagrzewania lutowania, absorbować naprężenia termiczne i zapobiegać pękaniu grafitu.Na przykład Mo jest używany jako złącze przejściowe do lutowania próżniowego komponentów grafitowych i hastelloynowych.Stosowany jest lut B-pd60ni35cr5 o dobrej odporności na korozję i promieniowanie stopionych soli.Temperatura lutowania wynosi 1260 ℃, a temperatura jest utrzymywana przez 10 minut.
Naturalny diament można lutować bezpośrednio lutami b-ag68.8cu16.7ti4.5, b-ag66cu26ti8 oraz innymi aktywnymi lutami.Lutowanie powinno odbywać się w warunkach próżni lub niskiej ochrony argonu.Temperatura lutowania nie powinna przekraczać 850 ℃, należy wybrać szybszą prędkość nagrzewania.Czas utrzymywania w temperaturze lutowania nie powinien być zbyt długi (zwykle około 10 s), aby uniknąć tworzenia ciągłej warstwy tikowej na granicy faz.Podczas lutowania diamentu i stali stopowej należy dodać warstwę pośrednią z tworzywa sztucznego lub warstwę stopu o niskiej rozszerzalności, aby zapobiec uszkodzeniu ziaren diamentu spowodowanym nadmiernym naprężeniem termicznym.Tokarka lub wytaczarka do ultraprecyzyjnej obróbki jest wytwarzana w procesie lutowania twardego, który lutuje 20 ~ 100 mg diamentu drobnocząsteczkowego na stalowym korpusie, a wytrzymałość złącza lutowniczego osiąga 200 ~ 250mpa
Diament polikrystaliczny może być lutowany płomieniem, wysoką częstotliwością lub próżnią.Do cięcia metalu lub kamienia diamentową piłą tarczową należy zastosować lutowanie z wysoką częstotliwością lub lutowanie płomieniowe.Należy wybrać aktywne spoiwo lutownicze Ag Cu Ti o niskiej temperaturze topnienia.Temperaturę lutowania należy kontrolować poniżej 850 ℃, czas nagrzewania nie powinien być zbyt długi i należy przyjąć powolną szybkość chłodzenia.Wiertła z polikrystalicznego diamentu stosowane w wierceniu naftowym i geologicznym mają złe warunki pracy i przenoszą duże obciążenia udarowe.Można wybrać spoiwo lutownicze na bazie niklu, a folię z czystej miedzi można zastosować jako warstwę pośrednią do lutowania próżniowego.Na przykład 350 ~ 400 kapsułek Ф 4,5 ~ 4,5 mm kolumnowy diament polikrystaliczny jest lutowany w perforacje ze stali 35CrMo lub 40CrNiMo w celu utworzenia zębów tnących.Przyjęto lutowanie próżniowe, a stopień próżni jest nie mniejszy niż 5 × 10-2 Pa, temperatura lutowania wynosi 1020 ± 5 ℃, czas trzymania wynosi 20 ± 2 min, a wytrzymałość złącza lutowniczego na ścinanie jest większa niż 200 mpa
Podczas lutowania należy w miarę możliwości wykorzystać ciężar własny spoiny do montażu i pozycjonowania, aby metalowa część dociskała grafit lub materiał polikrystaliczny w górnej części.Podczas używania uchwytu do pozycjonowania, materiał uchwytu powinien być materiałem o współczynniku rozszerzalności cieplnej podobnym do spawanego.
Czas publikacji: 13 czerwca-2022