(1) Характарыстыкі паяння. Праблемы, звязаныя з паяннем графіту і полікрышталічнага алмаза, вельмі падобныя да тых, што ўзнікаюць пры паянні керамікі. У параўнанні з металам, прыпой цяжка змочваць графітавыя і полікрышталічныя матэрыялы, а яго каэфіцыент цеплавога пашырэння вельмі адрозніваецца ад каэфіцыента цеплавога пашырэння звычайных канструкцыйных матэрыялаў. Абодва матэрыялы награваюцца непасрэдна на паветры, і акісленне або карбанізацыя адбываецца, калі тэмпература перавышае 400 ℃. Таму неабходна выкарыстоўваць вакуумную пайку, прычым ступень вакууму не павінна быць меншай за 10-1 Па. Паколькі трываласць абодвух матэрыялаў не высокая, пры ўзнікненні цеплавога напружання падчас паяння могуць з'явіцца расколіны. Старайцеся выбіраць прысадачны метал для паяння з нізкім каэфіцыентам цеплавога пашырэння і строга кантралюйце хуткасць астуджэння. Паколькі паверхня такіх матэрыялаў не так лёгка змочваецца звычайнымі прыпоямі, перад пайкай на паверхню графітавых і алмазных полікрышталічных матэрыялаў можна нанесці пласт W, Mo і іншых элементаў таўшчынёй 2,5 ~ 12,5 мкм шляхам мадыфікацыі паверхні (вакуумнае пакрыццё, іённае распыленне, плазменнае напыленне і іншыя метады) і ўтварыць з імі адпаведныя карбіды, альбо можна выкарыстоўваць высокаактыўныя прыпоі.
Графіт і алмаз маюць розныя маркі, якія адрозніваюцца памерам часціц, шчыльнасцю, чысцінёй і іншымі аспектамі, а таксама маюць розныя характарыстыкі пайкі. Акрамя таго, калі тэмпература полікрышталічных алмазных матэрыялаў перавышае 1000 ℃, каэфіцыент зносу полікрышталічных матэрыялаў пачынае змяншацца, і каэфіцыент зносу памяншаецца больш чым на 50%, калі тэмпература перавышае 1200 ℃. Такім чынам, пры вакуумнай пайцы алмазаў тэмпература пайкі павінна кантралявацца ніжэй за 1200 ℃, а ступень вакууму не павінна быць меншай за 5 × 10⁻² Па.
(2) Выбар прысадачнага металу для прыпою ў асноўным залежыць ад выкарыстання і апрацоўкі паверхні. Пры выкарыстанні ў якасці тэрмаўстойлівага матэрыялу неабходна выбіраць прысадачны метал з высокай тэмпературай пайкі і добрай тэрмаўстойлівасцю; для матэрыялаў, устойлівых да хімічнай карозіі, выбіраюцца прысадачныя металы з нізкай тэмпературай пайкі і добрай каразійнай устойлівасцю. Для графіту пасля апрацоўкі паверхні металізацыяй можна выкарыстоўваць чысты медны прыпой з высокай пластычнасцю і добрай каразійнай устойлівасцю. Актыўны прыпой на аснове срэбра і медзі мае добрую змочвальнасць і цякучасць у параўнанні з графітам і алмазам, але тэмпература эксплуатацыі паяных злучэнняў цяжка перавышаць 400 ℃. Для графітавых кампанентаў і алмазных інструментаў, якія выкарыстоўваюцца пры тэмпературы ад 400 ℃ да 800 ℃, звычайна выкарыстоўваюцца прысадачныя металы на аснове золата, паладыю, марганцу або тытана. Для злучэнняў, якія выкарыстоўваюцца пры тэмпературы ад 800 ℃ да 1000 ℃, павінны выкарыстоўвацца прысадачныя металы на аснове нікеля або свердзела. Пры выкарыстанні графітавых кампанентаў пры тэмпературах вышэй за 1000 ℃ можна выкарыстоўваць чыстыя металічныя прысадкі (Ni, PD, Ti) або сплаўныя прысадкі, якія змяшчаюць малібдэн, Mo, Ta і іншыя элементы, якія могуць утвараць карбіды з вугляродам.
Для графіту або алмаза без апрацоўкі паверхні актыўныя прысадныя металы з табліцы 16 могуць быць выкарыстаны для непасрэднай паяння. Большасць гэтых прысадных металаў - гэта бінарныя або трайныя сплавы на аснове тытана. Чысты тытан моцна рэагуе з графітам, які можа ўтвараць вельмі тоўсты карбідны пласт, а яго каэфіцыент лінейнага пашырэння значна адрозніваецца ад каэфіцыента лінейнага пашырэння графіту, які лёгка расколініцца, таму яго нельга выкарыстоўваць у якасці прыпою. Даданне Cr і Ni да Ti можа знізіць тэмпературу плаўлення і палепшыць змочвальнасць керамікай. Ti - гэта трайны сплаў, які ў асноўным складаецца з Ti, Zr, з даданнем TA, Nb і іншых элементаў. Ён мае нізкі каэфіцыент лінейнага пашырэння, што можа знізіць напружанне пры пайцы. Трайны сплаў, які ў асноўным складаецца з Ti, Cu, падыходзіць для паяння графіту і сталі, а злучэнне мае высокую каразійную ўстойлівасць.
Табліца 16 прыпойныя металы для непасрэднай пайкі графіту і алмаза
(3) Працэс паяння. Метады паяння графіту можна падзяліць на дзве катэгорыі: паянне пасля металізацыі паверхні і паянне без апрацоўкі паверхні. Незалежна ад таго, які метад выкарыстоўваецца, зварную канструкцыю неабходна папярэдне апрацаваць перад зборкай, а паверхневыя забруджванні графітавых матэрыялаў трэба праціраць спіртам або ацэтонам. У выпадку паяння з металізацыяй паверхні на паверхню графіту плазменным напыленнем наносіцца пласт Ni, Cu або пласт Ti, Zr або дысіліцыду малібдэна, а затым для паяння выкарыстоўваецца прыпой на аснове медзі або срэбра. Прамая паянне актыўным прыпоем з'яўляецца найбольш шырока выкарыстоўваным метадам у цяперашні час. Тэмпературу паяння можна выбраць у адпаведнасці з прыпоем, паказаным у табліцы 16. Прыпой можна заціскаць пасярэдзіне паянага злучэння або каля аднаго канца. Пры паянні металам з вялікім каэфіцыентам цеплавога пашырэння ў якасці прамежкавага буфернага пласта можна выкарыстоўваць Mo або Ti пэўнай таўшчыні. Пераходны пласт можа выклікаць пластычную дэфармацыю падчас награвання пры паянні, паглынаць цеплавое напружанне і прадухіляць расколіны графіту. Напрыклад, Mo выкарыстоўваецца ў якасці пераходнага злучэння для вакуумнай пайкі графітавых і хастэлаінавых кампанентаў. Выкарыстоўваецца прыпой B-pd60ni35cr5 з добрай устойлівасцю да карозіі расплаўленымі солямі і радыяцыі. Тэмпература пайкі складае 1260 ℃ і падтрымліваецца на працягу 10 хвілін.
Натуральныя алмазы можна непасрэдна паяць з дапамогай прыпояў b-ag68.8cu16.7ti4.5, b-ag66cu26ti8 і іншых актыўных прыпояў. Пайка павінна праводзіцца ў вакууме або ў асяроддзі аргону з нізкім утрыманнем аргону. Тэмпература пайкі не павінна перавышаць 850 ℃, і варта выбіраць больш высокую хуткасць нагрэву. Час вытрымкі пры тэмпературы пайкі не павінен быць занадта доўгім (звычайна каля 10 секунд), каб пазбегнуць утварэння суцэльнага тэрмічнага пласта на мяжы падзелу. Пры пайцы алмаза і легаванай сталі неабходна дадаць пластыкавы праслойку або пласт сплаву з нізкім каэфіцыентам пашырэння для пераходу, каб прадухіліць пашкоджанне алмазных зерняў, выкліканае празмерным цеплавым напружаннем. Такарны інструмент або свідравальны інструмент для звышдакладнай апрацоўкі вырабляецца метадам пайкі, пры якім на сталёвы корпус прыпайваецца 20 ~ 100 мг дробных часціц алмаза, і трываласць злучэння дасягае 200 ~ 250 МПа.
Пайка полікрышталічных алмазаў можа быць зроблена полымем, высокай частатой або ў вакууме. Для рэзкі металу або каменя алмазнымі дыскамі для цыркулярнай пілы неабходна выкарыстоўваць высокачастотную або полымявую пайку. Неабходна выбраць актыўны прыпой Ag-Cu-Ti з нізкай тэмпературай плаўлення. Тэмпература пайкі павінна кантралявацца ніжэй за 850 ℃, час нагрэву не павінен быць занадта доўгім, а хуткасць астуджэння павінна быць павольнай. Пайка полікрышталічных алмазных долатаў, якія выкарыстоўваюцца ў нафтавых і геалагічных свідравінах, мае дрэнныя ўмовы эксплуатацыі і вытрымлівае вялікія ўдарныя нагрузкі. Можна выбраць прыпой на аснове нікеля, а ў якасці прамежкавага пласта для вакуумнай пайкі можна выкарыстоўваць чыстую медную фальгу. Напрыклад, 350~400 капсул слупчатага полікрышталічнага алмаза дыяметрам 4,5~4,5 мм упайваюцца ў адтуліны сталі 35CrMo або 40CrNiMo для ўтварэння рэжучых зубцоў. Выкарыстоўваецца вакуумная пайка, прычым ступень вакууму не менш за 5 × 10⁻² Па, тэмпература пайкі — 1020 ± 5 ℃, час вытрымкі — 20 ± 2 хвіліны, а трываласць паянага злучэння на зрух перавышае 200 МПа.
Падчас паяння для зборкі і пазіцыянавання неабходна максімальна выкарыстоўваць уласную вагу зварной канструкцыі, каб металічная дэталь прыціскала графіт або полікрышталічны матэрыял у верхняй частцы. Пры выкарыстанні прыстасавання для пазіцыянавання матэрыял прыстасавання павінен быць матэрыялам з каэфіцыентам цеплавога пашырэння, падобным да каэфіцыента зварной канструкцыі.
Час публікацыі: 13 чэрвеня 2022 г.