(1) Характеристики пайки. Проблемы, возникающие при пайке поликристаллов графита и алмаза, очень похожи на проблемы, возникающие при пайке керамики.По сравнению с металлом припой плохо смачивает графитовые и алмазные поликристаллические материалы, а его коэффициент теплового расширения сильно отличается от коэффициента теплового расширения обычных конструкционных материалов.Оба нагреваются непосредственно на воздухе, и когда температура превышает 400 ℃, происходит окисление или карбонизация.Поэтому следует применять вакуумную пайку, а степень вакуума должна быть не менее 10-1 Па.Поскольку прочность обоих не высока, при термическом напряжении во время пайки могут возникнуть трещины.Старайтесь выбирать припой с низким коэффициентом теплового расширения и строго контролируйте скорость охлаждения.Поскольку поверхность таких материалов плохо смачивается обычными припоями, на поверхность графитовых и алмазных поликристаллических материалов можно нанести слой W, Mo и других элементов толщиной 2,5–12,5 мкм путем модификации поверхности (вакуумное покрытие). , ионное распыление, плазменное напыление и другие методы) перед пайкой и образования с ними соответствующих карбидов, или могут быть использованы высокоактивные припои.
Графит и алмаз имеют множество сортов, которые различаются размером частиц, плотностью, чистотой и другими аспектами, а также имеют разные характеристики пайки.Кроме того, если температура поликристаллических алмазных материалов превышает 1000 ℃, коэффициент поликристаллического износа начинает снижаться, а коэффициент износа снижается более чем на 50%, когда температура превышает 1200 ℃.Поэтому при вакуумной пайке алмазов температура пайки должна быть ниже 1200 ℃, а степень вакуума не должна быть меньше 5 × 10-2 Па.
(2) Выбор припоя в основном зависит от использования и обработки поверхности.При использовании в качестве термостойкого материала следует выбирать припой с высокой температурой пайки и хорошей термостойкостью;Для материалов, устойчивых к химической коррозии, выбираются припои с низкой температурой пайки и хорошей коррозионной стойкостью.Для графита после обработки поверхности металлизацией можно использовать припой из чистой меди с высокой пластичностью и хорошей коррозионной стойкостью.Активные припои на основе серебра и меди обладают хорошей смачиваемостью и текучестью по отношению к графиту и алмазу, но рабочая температура паяного соединения трудно превысить 400 ℃.Для графитовых компонентов и алмазных инструментов, используемых при температуре от 400 ℃ до 800 ℃, обычно используются присадочные металлы на основе золота, палладия, марганца или титана.Для соединений, используемых при температурах от 800 ℃ до 1000 ℃, должны использоваться присадочные металлы на основе никеля или сверления.Когда графитовые компоненты используются при температуре выше 1000 ℃, можно использовать чистые металлические присадочные металлы (Ni, PD, Ti) или легированные присадочные металлы, содержащие молибден, Mo, Ta и другие элементы, которые могут образовывать карбиды с углеродом.
Для графита или алмаза без обработки поверхности активные присадочные металлы, указанные в таблице 16, можно использовать для прямой пайки.Большинство этих присадочных металлов представляют собой бинарные или тройные сплавы на основе титана.Чистый титан сильно реагирует с графитом, который может образовывать очень толстый слой карбида, а его коэффициент линейного расширения сильно отличается от коэффициента линейного расширения графита, который легко дает трещины, поэтому его нельзя использовать в качестве припоя.Добавление Cr и Ni к Ti может снизить температуру плавления и улучшить смачиваемость керамики.Ti представляет собой тройной сплав, в основном состоящий из Ti Zr с добавлением TA, Nb и других элементов.Он имеет низкий коэффициент линейного расширения, что может снизить напряжение при пайке.Тройной сплав, состоящий в основном из Ti Cu, подходит для пайки графита и стали, а соединение обладает высокой коррозионной стойкостью.
Таблица 16. Припои для прямой пайки графита и алмаза
(3) Процесс пайки. Методы пайки графита можно разделить на две категории: пайка после металлизации поверхности и пайка без обработки поверхности.Независимо от того, какой метод используется, сварное соединение должно быть предварительно обработано перед сборкой, а поверхностные загрязнения графитовых материалов должны быть очищены спиртом или ацетоном.В случае поверхностной металлизации пайкой слой Ni, Cu или слой Ti, Zr или дисилицида молибдена должны быть нанесены на поверхность графита методом плазменного напыления, а затем для пайки должен использоваться присадочный металл на основе меди или серебра. .Прямая пайка активным припоем в настоящее время является наиболее широко используемым методом.Температура пайки может быть выбрана в соответствии с припоем, указанным в таблице 16. Припой может быть зажат в середине паяного соединения или рядом с одним концом.При пайке металлом с большим коэффициентом теплового расширения в качестве промежуточного буферного слоя можно использовать Mo или Ti определенной толщины.Переходный слой может вызывать пластическую деформацию при нагреве при пайке, поглощать термические напряжения и предотвращать растрескивание графита.Например, молибден используется в качестве переходного соединения для вакуумной пайки компонентов из графита и хастеллойна.Используется припой Б-пд60ни35кр5 с хорошей стойкостью к солевой коррозии и радиации.Температура пайки составляет 1260 ℃, и температура поддерживается в течение 10 минут.
Природный алмаз может быть спаян непосредственно с b-ag68.8cu16.7ti4.5, b-ag66cu26ti8 и другими активными припоями.Пайка должна выполняться в вакууме или с низким содержанием аргона.Температура пайки не должна превышать 850 ℃, и следует выбирать более высокую скорость нагрева.Время выдержки при температуре пайки не должно быть слишком большим (обычно около 10 с), чтобы избежать образования сплошного тикового слоя на границе раздела.При пайке алмаза и легированной стали для перехода необходимо добавить пластиковый промежуточный слой или слой сплава с низким коэффициентом расширения, чтобы предотвратить повреждение алмазных зерен, вызванное чрезмерным тепловым напряжением.Токарный инструмент или расточный инструмент для сверхточной обработки изготавливается методом пайки, при котором на стальной корпус припаивается мелкий алмаз размером 20 ~ 100 мг, а прочность соединения при пайке достигает 200 ~ 250 МПа.
Поликристаллический алмаз может быть спаян пламенем, высокой частотой или вакуумом.Высокочастотная пайка или пламенная пайка должны использоваться для алмазной циркулярной пилы, разрезающей металл или камень.Следует выбирать активный припой Ag Cu Ti с низкой температурой плавления.Температура пайки должна контролироваться ниже 850 ℃, время нагрева не должно быть слишком большим, и должна быть принята медленная скорость охлаждения.Поликристаллические алмазные долота, используемые в нефтяном и геологическом бурении, имеют плохие условия работы и выдерживают большие ударные нагрузки.Можно выбрать припой на основе никеля, а в качестве промежуточного слоя для вакуумной пайки можно использовать фольгу из чистой меди.Например, 350 ~ 400 капсул столбчатого поликристаллического алмаза Ф 4,5 ~ 4,5 мм впаиваются в перфорацию стали 35CrMo или 40CrNiMo для формирования режущих зубьев.Применяется вакуумная пайка, степень вакуума составляет не менее 5 × 10-2 Па, температура пайки составляет 1020 ± 5 ℃, время выдержки составляет 20 ± 2 мин, а прочность на сдвиг паяного соединения превышает 200 МПа.
Во время пайки собственный вес сварного соединения должен максимально использоваться для сборки и позиционирования, чтобы металлическая часть прижималась к графиту или поликристаллическому материалу в верхней части.При использовании приспособления для позиционирования материал крепления должен быть материалом с коэффициентом теплового расширения, аналогичным коэффициенту сварного соединения.
Время публикации: 13 июня 2022 г.