(1) Značilnosti spajkanja: težave, povezane s spajkanjem grafita in polikristalnega diamanta, so zelo podobne tistim pri spajkanju keramike. V primerjavi s kovino je spajka težko zmočiti grafitne in polikristalne diamantne materiale, njen koeficient toplotnega raztezanja pa se zelo razlikuje od koeficienta toplotnega raztezanja splošnih konstrukcijskih materialov. Oba se segrevata neposredno na zraku in pride do oksidacije ali karbonizacije, ko temperatura preseže 400 ℃. Zato je treba uporabiti vakuumsko spajkanje, stopnja vakuuma pa ne sme biti manjša od 10-1 Pa. Ker trdnost obeh materialov ni visoka, lahko med spajkanjem pride do toplotnih obremenitev, ki nastanejo pri razpokah. Izberite dodajni material za spajkanje z nizkim koeficientom toplotnega raztezanja in strogo nadzorujte hitrost ohlajanja. Ker površine takšnih materialov ni enostavno zmočiti z običajnimi spajkalnimi polnili, se lahko pred spajkanjem na površino grafitnih in diamantnih polikristalnih materialov s površinsko modifikacijo (vakuumsko nanašanje, ionsko naprševanje, plazemsko brizganje in druge metode) nanese plast W, Mo in drugih elementov debeline 2,5 ~ 12,5 μm, s čimer se z njimi tvorijo ustrezni karbidi, ali pa se uporabijo visoko aktivna spajkalna polnila.
Grafit in diamant imata veliko vrst, ki se razlikujejo po velikosti delcev, gostoti, čistosti in drugih vidikih ter imajo različne lastnosti spajkanja. Poleg tega se pri polikristalnih diamantnih materialih stopnja obrabe polikristalov začne zmanjševati, če temperatura preseže 1000 ℃, stopnja obrabe pa se zmanjša za več kot 50 %, ko temperatura preseže 1200 ℃. Zato je treba pri vakuumskem spajkanju diamantov temperaturo spajkanja nadzorovati pod 1200 ℃, stopnja vakuuma pa ne sme biti manjša od 5 × 10⁻²Pa.
(2) Izbira dodatnega materiala za spajkanje je odvisna predvsem od uporabe in površinske obdelave. Pri uporabi kot toplotno odporen material je treba izbrati dodatni material za spajkanje z visoko temperaturo spajkanja in dobro toplotno odpornostjo; za materiale, odporne proti kemični koroziji, je treba izbrati dodatne materiale za spajkanje z nizko temperaturo spajkanja in dobro korozijsko odpornostjo. Za grafit po površinski metalizaciji se lahko uporabi spajka iz čistega bakra z visoko duktilnostjo in dobro korozijsko odpornostjo. Aktivni spajkalnik na osnovi srebra in bakra ima dobro omočljivost in tekočnost v primerjavi z grafitom in diamantom, vendar delovna temperatura spajkanega spoja težko preseže 400 ℃. Za grafitne komponente in diamantna orodja, ki se uporabljajo med 400 ℃ in 800 ℃, se običajno uporabljajo dodatni materiali na osnovi zlata, paladija, mangana ali titana. Za spoje, ki se uporabljajo med 800 ℃ in 1000 ℃, se uporabljajo dodatni materiali na osnovi niklja ali svedra. Pri uporabi grafitnih komponent nad 1000 ℃ se lahko uporabijo čiste kovinske polnilne kovine (Ni, PD, Ti) ali legirane polnilne kovine, ki vsebujejo molibden, Mo, Ta in druge elemente, ki lahko z ogljikom tvorijo karbide.
Za grafit ali diamant brez površinske obdelave se lahko za neposredno spajkanje uporabijo aktivne polnilne kovine iz tabele 16. Večina teh polnilnih kovin so binarne ali ternarne zlitine na osnovi titana. Čisti titan močno reagira z grafitom, ki lahko tvori zelo debelo karbidno plast, njegov linearni raztezni koeficient pa se precej razlikuje od grafita, ki zlahka povzroči razpoke, zato ga ni mogoče uporabiti kot spajkalnik. Dodatek Cr in Ni k Ti lahko zniža tališče in izboljša omočljivost s keramiko. Ti je ternarna zlitina, sestavljena predvsem iz Ti Zr, z dodatkom TA, Nb in drugih elementov. Ima nizek linearni raztezni koeficient, kar lahko zmanjša napetost spajkanja. Ternarna zlitina, sestavljena predvsem iz Ti in Cu, je primerna za spajkanje grafita in jekla, spoj pa ima visoko odpornost proti koroziji.
Tabela 16 Spajkanje dodatnih kovin za neposredno spajkanje grafita in diamanta
(3) Postopek spajkanja Metode spajkanja grafita lahko razdelimo v dve kategoriji: spajkanje po površinski metalizaciji in spajkanje brez površinske obdelave. Ne glede na uporabljeno metodo je treba varjenje pred sestavljanjem predhodno obdelati, površinske onesnaževalce grafitnih materialov pa obrisati z alkoholom ali acetonom. Pri spajkanju z površinsko metalizacijo se na površino grafita s plazemskim brizganjem nanese plast Ni, Cu ali plast Ti, Zr ali molibdenovega disilicida, nato pa se za spajkanje uporabi polnilna kovina na osnovi bakra ali polnilna kovina na osnovi srebra. Neposredno spajkanje z aktivno spajko je trenutno najpogosteje uporabljena metoda. Temperaturo spajkanja je mogoče izbrati glede na spajko, navedeno v tabeli 16. Spajka se lahko vpne na sredino spajkanega spoja ali blizu enega konca. Pri spajkanju s kovino z velikim koeficientom toplotnega raztezanja se lahko kot vmesna blažilna plast uporabi Mo ali Ti določene debeline. Prehodna plast lahko med segrevanjem spajkanja povzroči plastično deformacijo, absorbira toplotne napetosti in prepreči razpokanje grafita. Na primer, Mo se uporablja kot prehodni spoj za vakuumsko spajkanje grafitnih in hastelloynskih komponent. Uporablja se spajka B-pd60ni35cr5 z dobro odpornostjo na korozijo zaradi staljene soli in sevanje. Temperatura spajkanja je 1260 ℃ in se vzdržuje 10 minut.
Naravni diamant se lahko neposredno spajka z b-ag68.8cu16.7ti4.5, b-ag66cu26ti8 in drugimi aktivnimi spajkami. Spajkanje se mora izvajati v vakuumu ali pri nizki atmosferi argona. Temperatura spajkanja ne sme presegati 850 ℃ in izbrati je treba hitrejšo hitrost segrevanja. Čas zadrževanja pri temperaturi spajkanja ne sme biti predolg (običajno približno 10 sekund), da se prepreči nastanek neprekinjene titanske plasti na vmesniku. Pri spajkanju diamanta in legiranega jekla je treba dodati plastično vmesno plast ali plast zlitine z nizkim raztezanjem za prehod, da se prepreči poškodba diamantnih zrn zaradi prekomerne toplotne obremenitve. Stružno orodje ali vrtalno orodje za ultra precizno obdelavo se izdeluje s postopkom spajkanja, pri katerem se na jekleno telo spajka 20 ~ 100 mg majhnih delcev diamanta, trdnost spajkanega spoja pa doseže 200 ~ 250 MPa.
Polikristalni diamant se lahko spajka s plamenom, visokofrekvenčno ali vakuumsko. Za rezanje kovine ali kamna z diamantnimi krožnimi žagami se uporabi visokofrekvenčno spajkanje ali spajkanje s plamenom. Izbrati je treba aktivno spajkanje AgCuTi z nizkim tališčem. Temperatura spajkanja mora biti pod 850 ℃, čas segrevanja ne sme biti predolg in hitrost ohlajanja mora biti počasna. Polikristalni diamantni svedri, ki se uporabljajo pri naftnem in geološkem vrtanju, imajo slabe delovne pogoje in prenašajo velike udarne obremenitve. Za spajkanje se lahko izbere spajkalna masa na osnovi niklja, kot vmesna plast pa se lahko uporabi čista bakrena folija. Na primer, 350 ~ 400 kapsul stebrastega polikristalnega diamanta s premerom 4,5 ~ 4,5 mm se spajka v perforacije jekla 35CrMo ali 40CrNiMo, da se tvorijo rezalni zobje. Uporablja se vakuumsko spajkanje, stopnja vakuuma pa ni manjša od 5 × 10⁻²Pa, temperatura spajkanja je 1020 ± 5 °C, čas zadrževanja je 20 ± 2 minuti, strižna trdnost spajkanega spoja pa je večja od 200 mpa.
Med spajkanjem je treba za sestavljanje in pozicioniranje čim bolj izkoristiti lastno težo varjenca, da kovinski del pritisne na grafit ali polikristalni material v zgornjem delu. Pri uporabi vpenjala za pozicioniranje mora biti material vpenjala material s koeficientom toplotnega raztezanja, podobnim koeficientu varjenja.
Čas objave: 13. junij 2022