(1) Charakteristiky spájkovania Problémy spojené s grafitovým a diamantovým polykryštalickým spájkovaním sú veľmi podobné problémom spájkovania keramiky. V porovnaní s kovom je spájka ťažko zmáčateľná z grafitových a diamantových polykryštalických materiálov a jej koeficient tepelnej rozťažnosti sa veľmi líši od bežných konštrukčných materiálov. Obe sa zahrievajú priamo na vzduchu a pri teplote presiahnucej 400 ℃ dochádza k oxidácii alebo karbonizácii. Preto by sa malo použiť vákuové spájkovanie, pričom stupeň vákua by nemal byť menší ako 10-1 Pa. Keďže pevnosť oboch materiálov nie je vysoká, pri tepelnom namáhaní počas spájkovania sa môžu vytvoriť trhliny. Snažte sa vybrať prídavný materiál na spájkovanie s nízkym koeficientom tepelnej rozťažnosti a prísne kontrolujte rýchlosť chladnutia. Keďže povrch takýchto materiálov nie je ľahko zmáčateľný bežnými spájkovacími prídavnými kovmi, je možné pred spájkovaním naniesť na povrch grafitových a diamantových polykryštalických materiálov vrstvu W, Mo a ďalších prvkov s hrúbkou 2,5 ~ 12,5 μm modifikáciou povrchu (vákuové nanášanie, iónové naprašovanie, plazmové striekanie a iné metódy) a vytvoriť s nimi zodpovedajúce karbidy, alebo je možné použiť vysoko aktívne spájkovacie prídavné kovy.
Grafit a diamant majú mnoho druhov, ktoré sa líšia veľkosťou častíc, hustotou, čistotou a ďalšími aspektmi a majú rôzne vlastnosti spájkovania. Okrem toho, ak teplota polykryštalických diamantových materiálov prekročí 1000 ℃, miera opotrebenia polykryštalických materiálov sa začne znižovať a miera opotrebenia sa pri prekročení teploty 1200 ℃ zníži o viac ako 50 %. Preto pri vákuovom spájkovaní diamantu musí byť teplota spájkovania pod 1200 ℃ a stupeň vákua nesmie byť nižší ako 5 × 10⁻² Pa.
(2) Výber prídavného materiálu na spájkovanie závisí hlavne od použitia a povrchového spracovania. Pri použití ako tepelne odolný materiál by sa mal zvoliť prídavný materiál na spájkovanie s vysokou teplotou spájkovania a dobrou tepelnou odolnosťou; pre materiály odolné voči chemickej korózii by sa mali zvoliť prídavné materiály na spájkovanie s nízkou teplotou spájkovania a dobrou odolnosťou proti korózii. Pre grafit po povrchovej metalizácii je možné použiť čistú medenú spájku s vysokou ťažnosťou a dobrou odolnosťou proti korózii. Aktívna spájka na báze striebra a medi má dobrú zmáčavosť a tekutosť voči grafitu a diamantu, ale prevádzková teplota spájkovaného spoja ťažko prekročí 400 ℃. Pre grafitové komponenty a diamantové nástroje používané medzi 400 ℃ a 800 ℃ sa zvyčajne používajú prídavné materiály na báze zlata, paládia, mangánu alebo titánu. Pre spoje používané medzi 800 ℃ a 1000 ℃ sa musia použiť prídavné materiály na báze niklu alebo vrtákov. Pri teplotách nad 1000 ℃ sa môžu použiť čisté kovové prídavné kovy (Ni, PD, Ti) alebo legované prídavné kovy obsahujúce molybdén, Mo, Ta a ďalšie prvky, ktoré môžu s uhlíkom tvoriť karbidy.
V prípade grafitu alebo diamantu bez povrchovej úpravy sa na priame spájkovanie môžu použiť aktívne prídavné kovy uvedené v tabuľke 16. Väčšina týchto prídavných kovov sú binárne alebo ternárne zliatiny na báze titánu. Čistý titán silne reaguje s grafitom, ktorý môže tvoriť veľmi hrubú karbidovú vrstvu, a jeho koeficient lineárnej rozťažnosti sa značne líši od grafitu, ktorý ľahko praská, takže sa nemôže použiť ako spájka. Pridanie Cr a Ni do Ti môže znížiť bod topenia a zlepšiť zmáčateľnosť s keramikou. Ti je ternárna zliatina, ktorá sa skladá prevažne z Ti, Zr a pridaním TA, Nb a ďalších prvkov. Má nízky koeficient lineárnej rozťažnosti, čo môže znížiť napätie pri spájkovaní. Ternárna zliatina, ktorá sa skladá prevažne z Ti a Cu, je vhodná na spájkovanie grafitu a ocele a spoj má vysokú odolnosť proti korózii.
Tabuľka 16 Spájkovacie prídavné kovy na priame spájkovanie grafitu a diamantu
(3) Proces spájkovania Metódy spájkovania grafitu možno rozdeliť do dvoch kategórií: spájkovanie po povrchovej metalizácii a spájkovanie bez povrchovej úpravy. Bez ohľadu na použitú metódu sa zvar pred montážou musí predupraviť a povrchové nečistoty z grafitových materiálov sa musia utrieť alkoholom alebo acetónom. V prípade spájkovania povrchovou metalizáciou sa na grafitový povrch plazmovým striekaním nanesie vrstva Ni, Cu alebo vrstva Ti, Zr alebo disilicidu molybdénu a potom sa na spájkovanie použije prídavný kov na báze medi alebo striebra. Priame spájkovanie aktívnou spájkou je v súčasnosti najpoužívanejšou metódou. Teplotu spájkovania je možné zvoliť podľa spájky uvedenej v tabuľke 16. Spájka sa môže upnúť v strede spájkovaného spoja alebo blízko jedného konca. Pri spájkovaní s kovom s veľkým koeficientom tepelnej rozťažnosti sa ako medzivrstva môže použiť Mo alebo Ti s určitou hrúbkou. Prechodová vrstva môže počas spájkovania spôsobiť plastickú deformáciu, absorbovať tepelné namáhanie a zabrániť praskaniu grafitu. Napríklad molybdén sa používa ako prechodový spoj pre vákuové spájkovanie grafitových a hastelloynových komponentov. Používa sa spájka B-pd60ni35cr5 s dobrou odolnosťou voči korózii roztavenými soľami a žiareniu. Teplota spájkovania je 1260 ℃ a teplota sa udržiava 10 minút.
Prírodný diamant sa môže priamo spájkovať s b-ag68.8cu16.7ti4.5, b-ag66cu26ti8 a inými aktívnymi spájkami. Spájkovanie sa musí vykonávať vo vákuu alebo pri nízkej ochrannej atmosfére argónu. Teplota spájkovania by nemala prekročiť 850 ℃ a mala by sa zvoliť rýchlejšia rýchlosť ohrevu. Doba zotrvania pri teplote spájkovania by nemala byť príliš dlhá (zvyčajne okolo 10 s), aby sa zabránilo tvorbe súvislej titanovej vrstvy na rozhraní. Pri spájkovaní diamantu a legovanej ocele by sa mala pridať plastová medzivrstva alebo vrstva zliatiny s nízkou rozťažnosťou na prechod, aby sa zabránilo poškodeniu diamantových zŕn spôsobenému nadmerným tepelným namáhaním. Sústružnícky alebo vyvrtávací nástroj na ultra presné obrábanie sa vyrába procesom spájkovania, pri ktorom sa na oceľové teleso spájkuje 20 ~ 100 mg malých častíc diamantu, pričom pevnosť spájkovaného spoja dosahuje 200 ~ 250 MPa.
Polykryštalický diamant sa môže spájkovať plameňom, vysokofrekvenčne alebo vákuovo. Na rezanie kovu alebo kameňa diamantovým kotúčom kotúčovej píly sa má použiť vysokofrekvenčné spájkovanie alebo spájkovanie plameňom. Mal by sa zvoliť aktívny prídavný kov na spájkovanie Ag-Cu-Ti s nízkou teplotou topenia. Teplota spájkovania sa musí kontrolovať pod 850 ℃, čas ohrevu nesmie byť príliš dlhý a mala by sa zvoliť pomalá rýchlosť chladenia. Polykryštalické diamantové vrtáky používané pri ropných a geologických vrtoch majú zlé pracovné podmienky a znášajú veľké rázové zaťaženie. Môže sa zvoliť prídavný kov na spájkovanie na báze niklu a ako medzivrstva na vákuové spájkovanie sa môže použiť čistá medená fólia. Napríklad 350 ~ 400 kapsúl stĺpcového polykryštalického diamantu s priemerom 4,5 ~ 4,5 mm sa spájkuje do perforácií ocele 35CrMo alebo 40CrNiMo, čím sa vytvoria rezné zuby. Používa sa vákuové spájkovanie, pričom stupeň vákua nie je menší ako 5 × 10⁻² Pa, teplota spájkovania je 1020 ± 5 °C, doba výdrže je 20 ± 2 minúty a šmyková pevnosť spájkovaného spoja je väčšia ako 200 MPa.
Počas spájkovania sa musí na montáž a polohovanie čo najviac využiť vlastná hmotnosť zvaru, aby kovová časť pritlačila grafit alebo polykryštalický materiál v hornej časti. Pri použití upínacieho prípravku na polohovanie musí byť materiál upínacieho prípravku materiál s koeficientom tepelnej rozťažnosti podobným koeficientu zvaru.
Čas uverejnenia: 13. júna 2022