(1) Lödningsegenskaper Problemen med grafit- och diamantlödning av polykristallina material är mycket lika de som uppstår vid keramisk lödning. Jämfört med metall är lödmetall svår att väta grafit- och diamantmaterial av polykristallina material, och dess värmeutvidgningskoefficient skiljer sig mycket från den hos vanliga strukturella material. De två värms upp direkt i luft, och oxidation eller förkolning sker när temperaturen överstiger 400 ℃. Därför bör vakuumlödning användas, och vakuumgraden får inte vara mindre än 10⁻¹ Pa. Eftersom hållfastheten hos båda inte är hög kan sprickor uppstå om det uppstår termisk spänning under lödningen. Försök att välja lödtillsatsmaterial med låg värmeutvidgningskoefficient och kontrollera kylningshastigheten noggrant. Eftersom ytan på sådana material inte lätt väts av vanliga lödtillsatsmetaller, kan ett lager av 2,5 ~ 12,5 µm tjockt W, Mo och andra element avsättas på ytan av grafit- och diamantpolykristallina material genom ytmodifiering (vakuumbeläggning, jonklorning, plasmasprutning och andra metoder) före lödning och bilda motsvarande karbider med dem, eller så kan högaktiva lödtillsatsmetaller användas.
Grafit och diamant har många kvaliteter, som skiljer sig åt i partikelstorlek, densitet, renhet och andra aspekter, och har olika lödningsegenskaper. Dessutom, om temperaturen hos polykristallina diamantmaterial överstiger 1000 ℃, börjar slitageförhållandet hos polykristallina diamanter minska, och slitageförhållandet minskar med mer än 50% när temperaturen överstiger 1200 ℃. Därför måste lödningstemperaturen vid vakuumlödning av diamant kontrolleras under 1200 ℃, och vakuumgraden får inte vara mindre än 5 × 10⁻²Pa.
(2) Valet av lödtillsatsmaterial baseras huvudsakligen på användning och ytbehandling. Vid användning som värmebeständigt material bör lödtillsatsmaterial med hög lödtemperatur och god värmebeständighet väljas. För kemiskt korrosionsbeständiga material bör lödtillsatsmaterial med låg lödtemperatur och god korrosionsbeständighet väljas. För grafit efter ytmetalliseringsbehandling kan rent kopparlod med hög duktilitet och god korrosionsbeständighet användas. Silverbaserat och kopparbaserat aktivt lod har god vätbarhet och flytbarhet gentemot grafit och diamant, men det är svårt att överstiga 400 ℃ vid lödningar vid en driftstemperatur på grafit. För grafitkomponenter och diamantverktyg som används mellan 400 ℃ och 800 ℃ används vanligtvis guldbaserade, palladiumbaserade, manganbaserade eller titanbaserade tillsatsmaterial. För skarvar som används mellan 800 ℃ och 1000 ℃ bör nickelbaserade eller borrbaserade tillsatsmaterial användas. När grafitkomponenter används över 1000 ℃ kan rena metallfyllnadsmetaller (Ni, PD, Ti) eller legeringar av tillsatsmetaller innehållande molybden, Mo, Ta och andra element som kan bilda karbider med kol användas.
För grafit eller diamant utan ytbehandling kan de aktiva tillsatsmetallerna i tabell 16 användas för direktlödning. De flesta av dessa tillsatsmetaller är titanbaserade binära eller ternära legeringar. Rent titan reagerar starkt med grafit, vilket kan bilda ett mycket tjockt karbidlager, och dess linjära expansionskoefficient skiljer sig avsevärt från grafits, vilket lätt orsakar sprickor, så det kan inte användas som lödmetall. Tillsats av Cr och Ni till Ti kan minska smältpunkten och förbättra vätbarheten med keramik. Ti är en ternär legering, huvudsakligen bestående av TiZr, med tillsats av TA, Nb och andra element. Den har en låg linjär expansionskoefficient, vilket kan minska lödspänningen. Den ternära legeringen som huvudsakligen består av TiCu är lämplig för lödning av grafit och stål, och fogen har hög korrosionsbeständighet.
Tabell 16 lödning av tillsatsmaterial för direktlödning av grafit och diamant
(3) Lödprocess Lödmetoderna för grafit kan delas in i två kategorier, den ena är lödning efter ytmetallisering och den andra är lödning utan ytbehandling. Oavsett vilken metod som används ska svetsen förbehandlas före montering och ytföroreningar från grafitmaterialen torkas av med alkohol eller aceton. Vid ytmetalliseringslödning ska ett lager av Ni, Cu eller ett lager av Ti, Zr eller molybdendisilicid appliceras på grafitytan med plasmasprutning, och sedan ska kopparbaserad tillsatsmetall eller silverbaserad tillsatsmetall användas för lödning. Direktlödning med aktivt lödmedel är den mest använda metoden för närvarande. Lödtemperaturen kan väljas enligt lodet som anges i tabell 16. Lodet kan klämmas fast i mitten av den lödda fogen eller nära ena änden. Vid lödning med en metall med hög värmeutvidgningskoefficient kan Mo eller Ti med en viss tjocklek användas som mellanliggande buffertlager. Övergångslagret kan orsaka plastisk deformation under lödning, absorbera termisk stress och undvika grafitsprickbildning. Till exempel används Mo som övergångsfog för vakuumlödning av grafit- och hastelloynkomponenter. B-pd60ni35cr5-lod med god motståndskraft mot smält saltkorrosion och strålning används. Lödtemperaturen är 1260 ℃ och temperaturen hålls i 10 minuter.
Naturlig diamant kan lödas direkt med b-ag68.8cu16.7ti4.5, b-ag66cu26ti8 och andra aktiva lödtenn. Lödningen ska utföras under vakuum eller låg argonskydd. Lödningstemperaturen bör inte överstiga 850 ℃, och en snabbare uppvärmningshastighet bör väljas. Hålltiden vid lödningstemperaturen bör inte vara för lång (vanligtvis cirka 10 sekunder) för att undvika bildandet av ett kontinuerligt tic-lager vid gränssnittet. Vid lödning av diamant och legerat stål bör ett plastmellanlager eller lågexpansionslegeringslager läggas till för övergången för att förhindra skador på diamantkornen orsakade av överdriven termisk stress. Svarvverktyget eller borrverktyget för ultraprecisionsbearbetning tillverkas genom lödprocessen, där 20 ~ 100 mg småpartiklar av diamant löds på stålkroppen, och lödfogens foghållfasthet når 200 ~ 250 mpa.
Polykristallin diamant kan lödas med flamlödning, högfrekvenslödning eller vakuum. Högfrekvenslödning eller flamlödning bör användas för diamantsågklingor som skär metall eller sten. AgCuTi aktivt lödtillsatsmaterial med låg smältpunkt bör väljas. Lödtemperaturen bör kontrolleras under 850 ℃, uppvärmningstiden bör inte vara för lång och en långsam kylningshastighet bör användas. Polykristallina diamantborrkronor som används inom petroleum- och geologisk borrning har dåliga arbetsförhållanden och utsätts för stora stötbelastningar. Nickelbaserat lödtillsatsmaterial kan väljas och ren kopparfolie kan användas som mellanlager för vakuumlödning. Till exempel löds 350 ~ 400 kapslar Ф 4,5 ~ 4,5 mm kolumnär polykristallin diamant in i perforeringarna i 35CrMo- eller 40CrNiMo-stål för att bilda skärtänder. Vakuumlödning används, och vakuumgraden är inte mindre än 5 × 10⁻²Pa, lödtemperaturen är 1020 ± 5 ℃, hålltiden är 20 ± 2 min, och skjuvhållfastheten hos lödfogen är större än 200 mpa.
Vid lödning ska svetsstyckets egenvikt utnyttjas så mycket som möjligt för montering och positionering för att metalldelen ska pressa mot grafiten eller det polykristallina materialet vid den övre delen. När fixturen används för positionering ska fixturmaterialet vara ett material med en värmeutvidgningskoefficient som liknar svetsstyckets.
Publiceringstid: 13 juni 2022