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石墨和金刚石聚晶的钎焊 常识

时间:2019-11-07 16:24:46 编辑:小编 点击:

   金刚石真空钎焊。沈阳北真真空科技有限企业是专业从事设计及研制真空烧结、回火、退火、气淬、钎焊及真空冶炼的专业厂家,免费电话咨询:13998872066.
 

石墨和金刚石聚晶的钎焊 

 

  (1)钎焊特点 石墨及金刚石聚晶钎焊所涉及的问题与陶瓷钎焊所碰到的问题十分相似。与金属相比,钎料对石墨及金刚石聚晶材料很难润湿,且与一般结构材料的热膨胀系数相差很大。二者直接在空气中加热,超过400℃会出现氧化或碳化,因此应采用真空钎焊,且要求真空度不应低于10-1Pa。因二者的强度都不高,钎焊时如果热应力存在,则有可能产生裂纹,要尽量选用热膨胀系数小的钎料和严格控制冷却速度。由于这类材料的表面不易被普通钎料润湿,钎焊前可通过表面改性(真空镀膜、离子溅射、等离子喷镀等方法)在石墨及金刚石聚晶材料表面沉积一层厚2.5~12.5um的W、Mo等元素并与之形成相应的碳化物,或者使用高活性钎料。 
     石墨和金刚石有多种品级,这些品级在颗粒度、密度、纯度和其他方面都有差别,且具有不同的钎焊特性。此外,金刚石聚晶材料在真空环境下,若温度超过1000℃,聚晶磨耗比开始下降,超过1200℃,磨耗比降低50%以上。因此,真空钎焊金刚石时,钎焊温度一定要控制在1200℃以下,真空度不低于5×10-2Pa. 

   (2)钎料选择 钎料的选择主要根据用途和表面加工情况而定,作为耐热材料使用时,选择钎焊温度高,耐热性好的钎料;而用于化工耐蚀材料则选择钎焊温度低、耐蚀性好的钎料。对于经过表面金属化处理后的石墨,可采用延性高、抗腐蚀性好的纯铜钎料,银基及铜基活性钎料对石墨和金刚石均有良好的润湿性和流动性,但钎焊接头的使用温度难以超过400℃。对于400~800℃之间使用的石墨构件及金刚石工具,通常选用金基、钯基、锰基或钛基钎料。800~1000℃之间使用的接头,则选用镍基或钻基钎料,石墨构件1000℃上使用时,可选用纯金属钎料(Ni、Pd、Ti)或含有能与碳形成碳化物的钼Mo、Ta等元素的合金钎料。 

    对于不进行表面处理的石墨或金刚石,可采用表16的活性钎料进行直接钎焊,这些钎料大多是钛基二元或三元合金。纯钛与石墨反应强烈抗议,可生成很厚的碳化物层,且与石墨的线胀系数差别较大,易产生裂纹,故不能做钎料使用。Ti中加入Cr、Ni可以降低熔点及改善与陶瓷的润湿性。Ti是三元合金以Ti-Zr为主,加入Ta、Nb等元素,具有低的线膨胀系数,可以降低钎焊应力,以Ti-Cu为主的三元合金适合于石墨与钢的钎焊,接头具有较高的抗腐蚀性能。

   (3)钎焊工艺 石墨的钎焊方法可分为两大类,一类是表面金属化后进行钎焊,另一类是表面不处理直接进行钎焊。不论哪种方法,焊件装配前,应先对焊件进行预处理,用酒精或丙酮将石墨材料的表面污染物擦拭干净。表面金属化法钎焊时,应先在石墨表面电镀一层Ni、Cu或用等离子喷镀一层Ti、Zr或二硅化钼,然后采用铜基钎料或银基钎料进行钎焊。采用活性钎料直接钎焊,是目前应用最多的方法。可将钎料夹置在钎焊接头中间或靠近一头。当与热膨胀系数大的金属钎焊时,可利用一定厚度的Mo或Ti作中间缓冲层,该过渡层在钎焊加热时可发生塑性变形,吸取热应力,避免石墨开裂。例如用Mo做过渡接头真空钎焊石墨和耐蚀镍基合余(HastelloyN)组件,采用有良好抗熔盐腐蚀性能和抗辐射性能的B-Pd60Ni35Cr5钎料,钎焊温度1260℃,保温10min。 
    天然金刚石可以选用B-Ag68.8Cu16.7Ti4.5和B-Ag66Cu26Ti8等活性钎料直接钎焊,钎焊应在真空或低氩气保护下进行。钎焊温度不宜超过850℃,应选择较快的加热速度,在钎焊温度下的保温时间不能过长(一般选10s左右),以免在界面形成连续的TiC层。金刚石和合金钢钎焊时,应加塑性中间层或低膨胀合金层进行过渡,以防止热应力过大造成金刚石晶粒的破坏。超精密加工用的车刀或镗刀采用钎焊工艺制造,是将20~100mg的小颗粒金刚石钎焊到钢体上,钎缝的接头强度达到了200~250MPa.
    聚晶金刚石可以采用火焰钎焊、高频钎焊或真空钎焊。切削金属或石材的金刚石圆锯片,应采用高频钎焊或火焰钎焊,选用熔点较低的Ag-Cu-Ti活性钎料,钎焊温度控制在850℃以下,加热时间不宜过长,并采取较慢的冷却速度。用于石油、地质钻探的聚晶金刚石钻头,工作条件恶劣,承受巨大的冲击载荷,可选用镍基钎料,用纯铜箔做中间层进行真空钎焊。例如将350~400粒Ф4.5~4.5mm的柱状聚晶金刚石钎焊到35CrMo或40CrNiMo钢的齿孔中构成切削齿,采用真空钎焊,真空度不低于5×10-2Pa,钎焊温度为1020±5℃,保温时间20±2min,钎缝的抗剪强度大于200MPa.
    钎焊时应尽可能利用焊件的自重进行装配定位,使金属件处于上部压住石墨或聚晶材料。使用夹具定位时,夹具材料应选用热膨胀系数与被焊件相近的材料。 


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