لحیم‌کاری گرافیت و الماس چندبلوری

(1) ویژگی‌های لحیم‌کاری: مشکلات مربوط به لحیم‌کاری پلی‌کریستال گرافیت و الماس بسیار شبیه به مشکلاتی است که در لحیم‌کاری سرامیکی با آن مواجه می‌شویم. در مقایسه با فلز، لحیم‌کاری مواد پلی‌کریستال گرافیت و الماس به سختی خیس می‌شود و ضریب انبساط حرارتی آن با مواد ساختاری عمومی بسیار متفاوت است. این دو مستقیماً در هوا گرم می‌شوند و وقتی دما از 400 درجه سانتیگراد بیشتر شود، اکسیداسیون یا کربنیزاسیون رخ می‌دهد. بنابراین، لحیم‌کاری خلاء باید اتخاذ شود و درجه خلاء نباید کمتر از 10-1 پاسکال باشد. از آنجا که استحکام هر دو زیاد نیست، اگر در حین لحیم‌کاری تنش حرارتی وجود داشته باشد، ممکن است ترک ایجاد شود. سعی کنید فلز پرکننده لحیم‌کاری را با ضریب انبساط حرارتی کم انتخاب کنید و سرعت خنک شدن را به شدت کنترل کنید. از آنجایی که سطح چنین موادی به راحتی توسط فلزات پرکننده لحیم کاری معمولی خیس نمی‌شود، می‌توان قبل از لحیم کاری، لایه‌ای از W، Mo و سایر عناصر با ضخامت 2.5 تا 12.5 میکرومتر را با اصلاح سطح (پوشش خلاء، پاشش یونی، پاشش پلاسما و سایر روش‌ها) روی سطح گرافیت و مواد پلی کریستالی الماس رسوب داد و کاربیدهای مربوطه را با آنها تشکیل داد، یا می‌توان از فلزات پرکننده لحیم کاری با فعالیت بالا استفاده کرد.

گرافیت و الماس درجه‌های مختلفی دارند که از نظر اندازه ذرات، چگالی، خلوص و سایر جنبه‌ها متفاوت هستند و ویژگی‌های لحیم‌کاری متفاوتی دارند. علاوه بر این، اگر دمای مواد الماس پلی‌کریستال از ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد فراتر رود، نسبت سایش پلی‌کریستال شروع به کاهش می‌کند و وقتی دما از ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد فراتر رود، نسبت سایش بیش از ۵۰٪ کاهش می‌یابد. بنابراین، هنگام لحیم‌کاری خلاء الماس، دمای لحیم‌کاری باید زیر ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد کنترل شود و درجه خلاء نباید کمتر از ۵ × ۱۰-۲ پاسکال باشد.

(2) انتخاب فلز پرکننده لحیم‌کاری عمدتاً بر اساس کاربرد و پردازش سطح است. هنگامی که به عنوان ماده‌ای مقاوم در برابر حرارت استفاده می‌شود، فلز پرکننده لحیم‌کاری با دمای لحیم‌کاری بالا و مقاومت حرارتی خوب باید انتخاب شود. برای مواد مقاوم در برابر خوردگی شیمیایی، فلزات پرکننده لحیم‌کاری با دمای لحیم‌کاری پایین و مقاومت در برابر خوردگی خوب انتخاب می‌شوند. برای گرافیت پس از عملیات فلزی‌سازی سطحی، می‌توان از لحیم مس خالص با شکل‌پذیری بالا و مقاومت در برابر خوردگی خوب استفاده کرد. لحیم فعال پایه نقره و پایه مس، قابلیت ترشوندگی و سیالیت خوبی نسبت به گرافیت و الماس دارند، اما دمای سرویس اتصال لحیم‌کاری شده به سختی از 400 درجه سانتیگراد تجاوز می‌کند. برای قطعات گرافیتی و ابزارهای الماسی که بین 400 تا 800 درجه سانتیگراد استفاده می‌شوند، معمولاً از فلزات پرکننده پایه طلا، پایه پالادیوم، پایه منگنز یا پایه تیتانیوم استفاده می‌شود. برای اتصالات مورد استفاده بین 800 تا 1000 درجه سانتیگراد، از فلزات پرکننده پایه نیکل یا پایه مته استفاده می‌شود. وقتی اجزای گرافیتی در دمای بالاتر از ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد استفاده می‌شوند، می‌توان از فلزات پرکننده فلزی خالص (Ni، PD، Ti) یا فلزات پرکننده آلیاژی حاوی مولیبدن، Mo، Ta و سایر عناصری که می‌توانند با کربن کاربید تشکیل دهند، استفاده کرد.

برای گرافیت یا الماس بدون عملیات سطحی، فلزات پرکننده فعال در جدول 16 می‌توانند برای لحیم‌کاری مستقیم استفاده شوند. اکثر این فلزات پرکننده، آلیاژهای دوتایی یا سه‌تایی پایه تیتانیوم هستند. تیتانیوم خالص به شدت با گرافیت واکنش می‌دهد که می‌تواند یک لایه کاربید بسیار ضخیم تشکیل دهد و ضریب انبساط خطی آن کاملاً متفاوت از گرافیت است که به راحتی ترک ایجاد می‌کند، بنابراین نمی‌توان از آن به عنوان لحیم استفاده کرد. افزودن کروم و نیکل به تیتانیوم می‌تواند نقطه ذوب را کاهش داده و قابلیت ترشوندگی با سرامیک را بهبود بخشد. تیتانیوم یک آلیاژ سه‌تایی است که عمدتاً از Ti Zr با افزودن TA، Nb و سایر عناصر تشکیل شده است. این آلیاژ ضریب انبساط خطی پایینی دارد که می‌تواند تنش لحیم‌کاری را کاهش دهد. آلیاژ سه‌تایی که عمدتاً از Ti Cu تشکیل شده است، برای لحیم‌کاری گرافیت و فولاد مناسب است و اتصال از مقاومت در برابر خوردگی بالایی برخوردار است.

جدول 16 فلزات پرکننده لحیم کاری برای لحیم کاری مستقیم گرافیت و الماس

(3) فرآیند لحیم کاری روش‌های لحیم کاری گرافیت را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد، یکی لحیم کاری پس از فلزکاری سطحی و دیگری لحیم کاری بدون عملیات سطحی. صرف نظر از اینکه از کدام روش استفاده شود، قطعه جوش داده شده باید قبل از مونتاژ پیش تصفیه شود و آلودگی‌های سطحی مواد گرافیتی باید با الکل یا استون پاک شوند. در لحیم کاری فلزی سطحی، یک لایه نیکل، مس یا یک لایه تیتانیوم، زیرکونیوم یا دی سیلیسید مولیبدن باید با پاشش پلاسما روی سطح گرافیت آبکاری شود و سپس از فلز پرکننده پایه مس یا فلز پرکننده پایه نقره برای لحیم کاری استفاده شود. لحیم کاری مستقیم با لحیم فعال رایج‌ترین روش در حال حاضر است. دمای لحیم کاری را می‌توان طبق لحیم ارائه شده در جدول 16 انتخاب کرد. لحیم را می‌توان در وسط اتصال لحیم کاری شده یا نزدیک یک انتها محکم کرد. هنگام لحیم کاری با فلزی با ضریب انبساط حرارتی بالا، می‌توان از مولیبدن یا تیتانیوم با ضخامت مشخص به عنوان لایه میانی میانی استفاده کرد. لایه انتقال می‌تواند در طول گرمایش لحیم‌کاری سخت، تغییر شکل پلاستیکی ایجاد کند، تنش حرارتی را جذب کند و از ترک‌خوردگی گرافیت جلوگیری کند. به عنوان مثال، Mo به عنوان اتصال انتقالی برای لحیم‌کاری سخت در خلاء قطعات گرافیتی و هاستلوین استفاده می‌شود. از لحیم B-pd60ni35cr5 با مقاومت خوب در برابر خوردگی نمک مذاب و تابش استفاده می‌شود. دمای لحیم‌کاری سخت 1260 درجه سانتیگراد است و دما به مدت 10 دقیقه نگه داشته می‌شود.

الماس طبیعی را می‌توان مستقیماً با لحیم‌های b-ag68.8cu16.7ti4.5، b-ag66cu26ti8 و سایر لحیم‌های فعال لحیم‌کاری کرد. لحیم‌کاری باید تحت خلاء یا محافظت کم آرگون انجام شود. دمای لحیم‌کاری نباید از 850 درجه سانتیگراد تجاوز کند و سرعت گرمایش سریع‌تری باید انتخاب شود. زمان نگهداری در دمای لحیم‌کاری نباید خیلی طولانی باشد (معمولاً حدود 10 ثانیه) تا از تشکیل لایه تیک پیوسته در فصل مشترک جلوگیری شود. هنگام لحیم‌کاری الماس و فولاد آلیاژی، باید لایه میانی پلاستیکی یا لایه آلیاژی با انبساط کم برای انتقال اضافه شود تا از آسیب دانه‌های الماس ناشی از تنش حرارتی بیش از حد جلوگیری شود. ابزار تراشکاری یا ابزار سوراخ‌کاری برای ماشینکاری فوق دقیق با فرآیند لحیم‌کاری ساخته می‌شود که 20 تا 100 میلی‌گرم ذرات کوچک الماس را روی بدنه فولادی لحیم می‌کند و استحکام اتصال اتصال لحیم‌کاری به 200 تا 250 مگاپاسکال می‌رسد.

الماس پلی کریستالی را می‌توان با شعله، فرکانس بالا یا خلاء لحیم کاری کرد. لحیم کاری با فرکانس بالا یا لحیم کاری شعله‌ای برای تیغه اره الماسی برش فلز یا سنگ باید انتخاب شود. فلز پرکننده لحیم کاری فعال Ag Cu Ti با نقطه ذوب پایین باید انتخاب شود. دمای لحیم کاری باید زیر 850 درجه سانتیگراد کنترل شود، زمان گرمایش نباید خیلی طولانی باشد و سرعت خنک شدن باید آهسته باشد. مته‌های الماس پلی کریستالی مورد استفاده در حفاری‌های نفتی و زمین شناسی شرایط کاری نامناسبی دارند و بارهای ضربه‌ای زیادی را تحمل می‌کنند. فلز پرکننده لحیم کاری پایه نیکل را می‌توان انتخاب کرد و از فویل مس خالص به عنوان لایه میانی برای لحیم کاری خلاء استفاده کرد. به عنوان مثال، الماس پلی کریستالی ستونی 350 تا 400 کپسولی Ф 4.5 تا 4.5 میلی‌متری در سوراخ‌های فولاد 35CrMo یا 40CrNiMo لحیم می‌شود تا دندانه‌های برش تشکیل شود. لحیم کاری خلاء اتخاذ شده است و درجه خلاء کمتر از 5 × 10-2Pa نیست، دمای لحیم کاری 1020 ± 5 ℃، زمان نگهداری 20 ± 2 دقیقه و مقاومت برشی اتصال لحیم کاری بیش از 200mpa است.

در حین لحیم‌کاری سخت، باید تا حد امکان از وزن خود قطعه جوش داده شده برای مونتاژ و قرارگیری استفاده شود تا قطعه فلزی در قسمت بالایی به گرافیت یا ماده پلی کریستالی فشار وارد کند. هنگام استفاده از فیکسچر برای قرارگیری، جنس فیکسچر باید از ماده‌ای با ضریب انبساط حرارتی مشابه با قطعه جوش داده شده باشد.