Grafīta un dimanta polikristāliskā lodēšana

(1) Lodēšanas raksturlielumi. Grafīta un dimanta polikristāliskā lodēšanas problēmas ir ļoti līdzīgas keramikas lodēšanas problēmām. Salīdzinot ar metālu, grafīta un dimanta polikristāliskos materiālus ir grūti samitrināt, un to termiskās izplešanās koeficients ļoti atšķiras no vispārējiem konstrukciju materiāliem. Abi materiāli tiek tieši karsēti gaisā, un oksidēšanās vai karbonizācija notiek, kad temperatūra pārsniedz 400 ℃. Tāpēc jāizmanto vakuuma lodēšana, un vakuuma pakāpe nedrīkst būt mazāka par 10-1pa. Tā kā abu materiālu izturība nav augsta, ja lodēšanas laikā rodas termiskais spriegums, var rasties plaisas. Centieties izvēlēties lodēšanas pildmetālu ar zemu termiskās izplešanās koeficientu un stingri kontrolējiet dzesēšanas ātrumu. Tā kā šādu materiālu virsmu nav viegli samitrināt ar parastajiem lodēšanas pildmetāliem, pirms lodēšanas uz grafīta un dimanta polikristālisko materiālu virsmas var uzklāt 2,5–12,5 μm biezu W, Mo un citu elementu slāni, modificējot virsmu (vakuuma pārklāšana, jonu izsmidzināšana, plazmas izsmidzināšana un citas metodes), un veidot ar tiem atbilstošus karbīdus, vai arī var izmantot augstas aktivitātes lodēšanas pildmetālus.

Grafītam un dimantam ir daudz dažādu pakāpi, kas atšķiras pēc daļiņu izmēra, blīvuma, tīrības un citiem aspektiem, kā arī tiem ir atšķirīgas lodēšanas īpašības. Turklāt, ja polikristāliskā dimanta materiāla temperatūra pārsniedz 1000 ℃, polikristāliskā nodiluma koeficients sāk samazināties, un, ja temperatūra pārsniedz 1200 ℃, nodiluma koeficients samazinās par vairāk nekā 50%. Tāpēc, lodējot dimantu vakuumā, lodēšanas temperatūra jākontrolē zem 1200 ℃, un vakuuma pakāpe nedrīkst būt mazāka par 5 × 10-2Pa.

(2) Lodēšanas pildmetāla izvēle galvenokārt ir atkarīga no izmantošanas mērķa un virsmas apstrādes. Kā karstumizturīgs materiāls jāizvēlas lodēšanas pildmetāls ar augstu lodēšanas temperatūru un labu karstumizturību; ķīmiski korozijizturīgiem materiāliem jāizvēlas lodēšanas pildmetāli ar zemu lodēšanas temperatūru un labu korozijizturību. Grafītam pēc virsmas metalizācijas apstrādes var izmantot tīra vara lodmetālu ar augstu plastiskumu un labu korozijizturību. Uz sudraba un vara bāzes veidotajam aktīvajam lodmetālam ir laba mitrināmība un plūstamība ar grafītu un dimantu, taču lodēto savienojumu darba temperatūra grūti pārsniedz 400 ℃. Grafīta komponentiem un dimanta instrumentiem, ko izmanto temperatūrā no 400 ℃ līdz 800 ℃, parasti izmanto pildmetālus uz zelta, pallādija, mangāna vai titāna bāzes. Savienojumiem, ko izmanto temperatūrā no 800 ℃ līdz 1000 ℃, jāizmanto pildmetāli uz niķeļa vai urbšanas bāzes. Ja grafīta komponenti tiek izmantoti temperatūrā virs 1000 ℃, var izmantot tīrus metāla pildvielas (Ni, PD, Ti) vai sakausējuma pildvielas, kas satur molibdēnu, Mo, Ta un citus elementus, kas var veidot karbīdus ar oglekli.

Grafītam vai dimantam bez virsmas apstrādes tiešai lodēšanai var izmantot 16. tabulā norādītos aktīvos pildmetālus. Lielākā daļa šo pildmetālu ir uz titāna bāzes veidoti binārie vai trīskāršie sakausējumi. Tīrs titāns spēcīgi reaģē ar grafītu, kas var veidot ļoti biezu karbīda slāni, un tā lineārās izplešanās koeficients ievērojami atšķiras no grafīta, kas viegli rada plaisas, tāpēc to nevar izmantot kā lodmetālu. Cr un Ni pievienošana Ti var samazināt kušanas temperatūru un uzlabot samitrināšanas spēju ar keramiku. Ti ir trīskāršs sakausējums, kas galvenokārt sastāv no TiZr, pievienojot TA, Nb un citus elementus. Tam ir zems lineārās izplešanās koeficients, kas var samazināt lodēšanas spriegumu. Trīskāršais sakausējums, kas galvenokārt sastāv no TiCu, ir piemērots grafīta un tērauda lodēšanai, un savienojumam ir augsta izturība pret koroziju.

16. tabulā norādītie lodēšanas pildmetāli grafīta un dimanta tiešai lodēšanai

(3) Lodēšanas process Grafīta lodēšanas metodes var iedalīt divās kategorijās: lodēšana pēc virsmas metalizācijas un lodēšana bez virsmas apstrādes. Neatkarīgi no izmantotās metodes, metinājuma šuve pirms montāžas ir jāapstrādā, un grafīta materiālu virsmas piesārņotāji jānotīra ar spirtu vai acetonu. Virsmas metalizācijas lodēšanas gadījumā uz grafīta virsmas ar plazmas izsmidzināšanu jāuzklāj Ni, Cu vai Ti, Zr vai molibdēna disilcīda slānis, un pēc tam lodēšanai jāizmanto uz vara bāzes veidots pildmetāls vai uz sudraba bāzes veidots pildmetāls. Pašlaik visplašāk izmantotā metode ir tieša lodēšana ar aktīvo lodēšanu. Lodēšanas temperatūru var izvēlēties atbilstoši 16. tabulā norādītajam lodēšanas veidam. Lodēšanu var nostiprināt lodēšanas savienojuma vidū vai tā galā. Lodējot ar metālu ar lielu termiskās izplešanās koeficientu, kā starpposma bufera slāni var izmantot noteikta biezuma Mo vai Ti. Pārejas slānis lodēšanas karsēšanas laikā var radīt plastisku deformāciju, absorbēt termisko spriegumu un novērst grafīta plaisāšanu. Piemēram, grafīta un hastelloīna komponentu vakuuma lodēšanai kā pārejas savienojumu izmanto Mo. Tiek izmantots B-pd60ni35cr5 lodmetāls ar labu izturību pret kausēta sāls koroziju un starojumu. Lodēšanas temperatūra ir 1260 ℃, un temperatūra tiek uzturēta 10 minūtes.

Dabisko dimantu var tieši lodēt ar b-ag68.8cu16.7ti4.5, b-ag66cu26ti8 un citiem aktīviem lodmetāliem. Lodēšana jāveic vakuumā vai zemā argona aizsardzībā. Lodēšanas temperatūra nedrīkst pārsniegt 850 ℃, un jāizvēlas lielāks karsēšanas ātrums. Lodēšanas temperatūras uzturēšanas laiks nedrīkst būt pārāk ilgs (parasti apmēram 10 s), lai izvairītos no nepārtraukta tikta slāņa veidošanās saskarnē. Lodējot dimantu un leģēto tēraudu, jāpievieno plastmasas starpslānis vai zemas izplešanās sakausējuma slānis pārejai, lai novērstu dimanta graudu bojājumus, ko izraisa pārmērīgs termiskais spriegums. Virpošanas vai urbšanas instrumenti īpaši precīzai apstrādei tiek izgatavoti ar lodēšanas procesu, kurā uz tērauda korpusa tiek lodēti 20–100 mg sīku dimanta daļiņu, un lodēšanas savienojuma stiprība sasniedz 200–250 mpa.

Polikristālisku dimantu var lodēt ar liesmu, augstfrekvences vai vakuuma metodi. Metāla vai akmens griešanai ar dimanta ripzāģa asmeni jāizmanto augstfrekvences lodēšana vai liesmas lodēšana. Jāizvēlas Ag Cu Ti aktīvais lodēšanas pildmetāls ar zemu kušanas temperatūru. Lodēšanas temperatūra jākontrolē zem 850 ℃, karsēšanas laiks nedrīkst būt pārāk ilgs un dzesēšanas ātrums jāizmanto lēni. Naftas un ģeoloģiskajos urbumos izmantotajiem polikristāliskajiem dimanta urbjiem ir slikti darba apstākļi un tie iztur lielas trieciena slodzes. Var izvēlēties niķeļa bāzes lodēšanas pildmetālu, un kā starpslāni vakuuma lodēšanai var izmantot tīru vara foliju. Piemēram, 350–400 kapsulas ar diametru 4,5–4,5 mm kolonnu polikristālisku dimantu ielodē 35CrMo vai 40CrNiMo tērauda perforācijās, lai izveidotu griešanas zobus. Tiek izmantota vakuuma lodēšana, un vakuuma pakāpe nav mazāka par 5 × 10-2Pa, lodēšanas temperatūra ir 1020 ± 5 ℃, turēšanas laiks ir 20 ± 2 minūtes, un lodēšanas savienojuma bīdes izturība ir lielāka par 200 mpa.

Lodēšanas laikā montāžai un pozicionēšanai pēc iespējas vairāk jāizmanto metinājuma pašsvars, lai metāla daļa piespiestu grafītu vai polikristālisku materiālu augšējā daļā. Izmantojot stiprinājumu pozicionēšanai, stiprinājuma materiālam jābūt tādam materiālam, kura termiskās izplešanās koeficients ir līdzīgs metinājuma koeficientam.