(1) Характеристики пайки. Проблеми, пов’язані з полікристалічним пайкою графітом і алмазом, дуже подібні до тих, що виникають під час керамічної пайки.Порівняно з металом, припій важко змочити полікристалічні матеріали графіту та алмазу, а його коефіцієнт теплового розширення сильно відрізняється від коефіцієнта теплового розширення звичайних конструкційних матеріалів.Обидва нагріваються безпосередньо на повітрі, і окислення або карбонізація відбувається, коли температура перевищує 400 ℃.Тому має бути прийнято вакуумне паяння, а ступінь вакууму не повинен бути менше 10-1 па.Оскільки міцність обох невисока, у разі термічного навантаження під час пайки можуть виникнути тріщини.Намагайтеся вибирати припой з низьким коефіцієнтом теплового розширення і суворо контролювати швидкість охолодження.Оскільки поверхню таких матеріалів важко змочити звичайними припоями для пайки, шар товщиною 2,5 ~ 12,5 мкм W, Mo та інших елементів можна нанести на поверхню полікристалічних матеріалів графіту та алмазу шляхом модифікації поверхні (вакуумне покриття). , іонним напиленням, плазмовим напиленням та іншими методами) перед пайкою та утворенням з ними відповідних карбідів або можна використовувати високоактивні припої.
Графіт і алмаз мають багато сортів, які відрізняються розміром частинок, щільністю, чистотою та іншими аспектами, а також мають різні характеристики пайки.Крім того, якщо температура полікристалічних алмазних матеріалів перевищує 1000 ℃, полікристалічний коефіцієнт зносу починає зменшуватися, і коефіцієнт зносу зменшується більш ніж на 50%, коли температура перевищує 1200 ℃.Таким чином, під час вакуумного паяння алмазу температура пайки повинна бути нижче 1200 ℃, а ступінь вакууму має бути не менше 5 × 10-2Па.
(2) Вибір припою для пайки в основному залежить від використання та обробки поверхні.При використанні в якості термостійкого матеріалу слід вибирати припойний метал з високою температурою пайки і хорошою термостійкістю;Для матеріалів, стійких до хімічної корозії, вибирають припойні метали з низькою температурою пайки та хорошою стійкістю до корозії.Для графіту після обробки поверхневої металізації можна використовувати чистий мідний припій з високою пластичністю та хорошою стійкістю до корозії.Активний припій на основі срібла та міді має гарну змочуваність і текучість для графіту та алмазу, але робоча температура паяного з’єднання важко перевищити 400 ℃.Для графітових компонентів і алмазних інструментів, що використовуються від 400 ℃ до 800 ℃, зазвичай використовуються наповнювачі на основі золота, паладію, марганцю або титану.Для з’єднань, що використовуються при температурі від 800 ℃ до 1000 ℃, слід використовувати присадки на основі нікелю або свердла.Коли графітові компоненти використовуються вище 1000 ℃, можна використовувати чисті металеві наповнювачі (Ni, PD, Ti) або сплави наповнювачів, що містять молібден, Mo, Ta та інші елементи, які можуть утворювати карбіди з вуглецем.
Для графіту або алмазу без обробки поверхні активні наповнювачі в таблиці 16 можна використовувати для прямого паяння.Більшість цих наповнювачів є двокомпонентними або потрійними сплавами на основі титану.Чистий титан сильно реагує з графітом, який може утворювати дуже товстий карбідний шар, а його коефіцієнт лінійного розширення значно відрізняється від коефіцієнта лінійного розширення графіту, який легко дає тріщини, тому його не можна використовувати як припій.Додавання Cr і Ni до Ti може знизити температуру плавлення та покращити змочуваність кераміки.Ti є потрійним сплавом, який в основному складається з Ti Zr з додаванням TA, Nb та інших елементів.Він має низький коефіцієнт лінійного розширення, що може зменшити напругу пайки.Потрійний сплав, що в основному складається з Ti Cu, підходить для пайки графіту та сталі, а з’єднання має високу корозійну стійкість.
Таблиця 16 Припойні метали для прямого паяння графіту та алмазу
(3) Процес пайки. Методи пайки графіту можна розділити на дві категорії: одна – це пайка після металізації поверхні, а інша – без обробки поверхні.Незалежно від того, який метод використовується, зварювання необхідно попередньо обробити перед складанням, а поверхневі забруднення графітових матеріалів слід очистити спиртом або ацетоном.У разі пайки поверхневої металізації шар Ni, Cu або шар Ti, Zr або дисиліциду молібдену повинен бути нанесений на поверхню графіту за допомогою плазмового напилення, а потім для пайки повинен використовуватися присадний метал на основі міді або срібла. .Пряме паяння активним припоєм є найбільш широко використовуваним методом в даний час.Температуру пайки можна вибрати відповідно до припою, наведеного в таблиці 16. Припій можна затиснути в середині паяного з’єднання або біля одного з кінців.При пайці металом з великим коефіцієнтом теплового розширення в якості проміжного буферного шару можна використовувати Mo або Ti певної товщини.Перехідний шар може викликати пластичну деформацію під час нагрівання пайки, поглинати термічні навантаження та запобігати розтріскування графіту.Наприклад, Mo використовується як перехідне з'єднання для вакуумного паяння компонентів з графіту та хастелойну.Використовується припій B-pd60ni35cr5 з хорошою стійкістю до корозії розплавленої солі та радіації.Температура пайки становить 1260 ℃ і підтримується протягом 10 хвилин.
Природний алмаз можна безпосередньо паяти за допомогою b-ag68.8cu16.7ti4.5, b-ag66cu26ti8 та інших активних припоїв.Паяння повинно проводитись у вакуумі або під захистом із низьким рівнем аргону.Температура пайки не повинна перевищувати 850 ℃, і слід вибрати вищу швидкість нагріву.Час витримки при температурі пайки не повинен бути занадто довгим (зазвичай близько 10 с), щоб уникнути утворення безперервного тикового шару на межі розділу.Під час пайки алмазу та легованої сталі для переходу слід додати пластиковий проміжний шар або шар сплаву з низьким коефіцієнтом розширення, щоб запобігти пошкодженню алмазних зерен, спричиненому надмірним термічним навантаженням.Токарний або розточувальний інструмент для надточної обробки виготовляється за допомогою процесу пайки, під час якого 20 ~ 100 мг дрібних частинок алмазу паяють на сталевому корпусі, а міцність паяного з’єднання досягає 200 ~ 250 мпа.
Полікристалічний алмаз можна паяти полум'ям, високою частотою або вакуумом.Для різання металу або каменю полотном алмазної циркулярної пилки слід застосовувати високочастотну пайку або полум’яну пайку.Необхідно вибрати активний припой Ag Cu Ti з низькою температурою плавлення.Температуру пайки слід контролювати нижче 850 ℃, час нагрівання не має бути надто довгим, а швидкість охолодження має бути повільною.Полікристалічні алмазні коронки, які використовуються в нафтовому та геологічному бурінні, мають погані умови роботи та витримують величезні ударні навантаження.Можна вибрати припой на основі нікелю, а чисту мідну фольгу можна використовувати як проміжний шар для вакуумної пайки.Наприклад, 350 ~ 400 капсул Ф 4,5 ~ 4,5 мм стовпчастого полікристалічного алмазу впаюють у отвори сталі 35CrMo або 40CrNiMo для формування ріжучих зубів.Використовується вакуумне паяння, а ступінь вакууму становить не менше 5 × 10-2Па, температура пайки становить 1020 ± 5 ℃, час витримки становить 20 ± 2 хвилини, а міцність на зсув паяного з'єднання перевищує 200 мпа.
Під час пайки власна вага зварного виробу повинна використовуватися для складання та позиціонування якомога більше, щоб металева частина притиснула графіт або полікристалічний матеріал у верхній частині.У разі використання пристосування для позиціонування матеріалом пристосування має бути матеріал із коефіцієнтом теплового розширення, подібним до коефіцієнта зварювання.
Час публікації: 13 червня 2022 р