การบัดกรีกราไฟท์และเพชรโพลีคริสตัลไลน์

(1) ลักษณะการบัดกรี ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการบัดกรีด้วยกราไฟต์และเพชรโพลีคริสตัลไลน์นั้นคล้ายคลึงกับปัญหาที่พบในการบัดกรีด้วยเซรามิกมาก เมื่อเทียบกับโลหะแล้ว การบัดกรีจะชุบวัสดุกราไฟต์และเพชรโพลีคริสตัลไลน์ได้ยาก และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของตะกั่วบัดกรีนั้นแตกต่างจากวัสดุโครงสร้างทั่วไปอย่างมาก ทั้งสองถูกให้ความร้อนโดยตรงในอากาศ และจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันหรือคาร์บอไนเซชันเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 400 องศาเซลเซียส ดังนั้นควรใช้การบัดกรีด้วยสุญญากาศ และระดับสุญญากาศต้องไม่น้อยกว่า 10-1 pa เนื่องจากความแข็งแรงของทั้งสองชนิดไม่สูง หากเกิดความเค้นทางความร้อนระหว่างการบัดกรี อาจเกิดรอยแตกได้ พยายามเลือกโลหะเติมสำหรับการบัดกรีที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ และควบคุมอัตราการเย็นตัวอย่างเคร่งครัด เนื่องจากพื้นผิวของวัสดุดังกล่าวไม่ง่ายที่จะเปียกด้วยโลหะเชื่อมประสานทั่วไป จึงสามารถเคลือบ W, Mo และธาตุอื่นๆ ที่มีความหนา 2.5 ~ 12.5 ไมโครเมตร ลงบนพื้นผิวของกราไฟท์และวัสดุโพลีคริสตัลไลน์เพชรได้โดยการปรับเปลี่ยนพื้นผิว (การเคลือบสูญญากาศ การสปัตเตอร์ไอออน การพ่นพลาสมา และวิธีการอื่นๆ) ก่อนที่จะบัดกรีและสร้างคาร์ไบด์ที่สอดคล้องกับโลหะเหล่านั้น หรืออาจใช้โลหะเชื่อมประสานที่มีกิจกรรมสูงก็ได้

กราไฟต์และเพชรมีหลายเกรด ซึ่งแตกต่างกันในด้านขนาดอนุภาค ความหนาแน่น ความบริสุทธิ์ และคุณสมบัติอื่นๆ และมีคุณสมบัติในการบัดกรีที่แตกต่างกัน นอกจากนี้ หากอุณหภูมิของวัสดุเพชรโพลีคริสตัลไลน์สูงกว่า 1,000 องศาเซลเซียส อัตราส่วนการสึกหรอของเพชรโพลีคริสตัลไลน์จะเริ่มลดลง และอัตราส่วนการสึกหรอจะลดลงมากกว่า 50% เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 1,200 องศาเซลเซียส ดังนั้น เมื่อทำการบัดกรีเพชรด้วยสุญญากาศ อุณหภูมิในการบัดกรีต้องต่ำกว่า 1,200 องศาเซลเซียส และระดับสุญญากาศต้องไม่น้อยกว่า 5 × 10-2Pa

(2) การเลือกใช้โลหะเติมสำหรับการเชื่อมประสานนั้นขึ้นอยู่กับการใช้งานและกระบวนการเคลือบผิวเป็นหลัก เมื่อใช้เป็นวัสดุทนความร้อน ควรเลือกโลหะเติมสำหรับการเชื่อมประสานที่มีอุณหภูมิการเชื่อมประสานสูงและทนความร้อนได้ดี สำหรับวัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อนทางเคมี ควรเลือกโลหะเติมสำหรับการเชื่อมประสานที่มีอุณหภูมิการเชื่อมประสานต่ำและทนต่อการกัดกร่อนได้ดี สำหรับกราไฟต์หลังการชุบโลหะเคลือบผิว สามารถใช้ตะกั่วบัดกรีทองแดงบริสุทธิ์ที่มีความเหนียวสูงและทนต่อการกัดกร่อนได้ดี ตะกั่วบัดกรีแอคทีฟที่มีทั้งเงินและทองแดงมีความสามารถในการเปียกและไหลได้ดีกับกราไฟต์และเพชร แต่อุณหภูมิการใช้งานของรอยเชื่อมประสานนั้นยากที่จะเกิน 400 องศาเซลเซียส สำหรับส่วนประกอบกราไฟต์และเครื่องมือเพชรที่ใช้ที่อุณหภูมิระหว่าง 400 ถึง 800 องศาเซลเซียส มักใช้โลหะเติมที่มีฐานเป็นทอง ฐานเป็นแพลเลเดียม ฐานเป็นแมงกานีส หรือฐานเป็นไทเทเนียม สำหรับรอยเชื่อมที่ใช้ที่อุณหภูมิระหว่าง 800 ถึง 1,000 องศาเซลเซียส ควรใช้โลหะเติมที่มีฐานเป็นนิกเกิลหรือฐานเป็นดอกสว่าน เมื่อใช้ส่วนประกอบของกราไฟต์ที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,000 ℃ สามารถใช้โลหะตัวเติมบริสุทธิ์ (Ni, PD, Ti) หรือโลหะตัวเติมโลหะผสมที่มีโมลิบดีนัม Mo, Ta และธาตุอื่นๆ ที่สามารถสร้างคาร์ไบด์ด้วยคาร์บอนได้

สำหรับกราไฟต์หรือเพชรที่ไม่มีการเคลือบผิว โลหะเติมแอคทีฟในตารางที่ 16 สามารถใช้สำหรับการบัดกรีโดยตรงได้ โลหะเติมเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นโลหะผสมไทเทเนียมแบบไบนารีหรือแบบเทอร์นารี ไทเทเนียมบริสุทธิ์ทำปฏิกิริยากับกราไฟต์อย่างรุนแรง ซึ่งสามารถก่อตัวเป็นชั้นคาร์ไบด์ที่หนามาก และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นค่อนข้างแตกต่างจากกราไฟต์ ซึ่งทำให้เกิดรอยแตกได้ง่าย จึงไม่สามารถใช้บัดกรีได้ การเติมโครเมียมและนิกเกิลลงในไทเทเนียมสามารถลดจุดหลอมเหลวและเพิ่มความสามารถในการเปียกของเซรามิกได้ ไทเทเนียมเป็นโลหะผสมเทอร์นารี ประกอบด้วยไทเทเนียม (Ti) เซอร์โคเนียม (Zr) เป็นหลัก ผสมกับไททาเนียม (TA) ไนไตรด์ (Nb) และธาตุอื่นๆ มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นต่ำ ซึ่งสามารถลดความเค้นในการบัดกรีได้ โลหะผสมเทอร์นารีประกอบด้วยไทเทเนียม (Ti) คิวบิก (Cu) เป็นหลัก เหมาะสำหรับการบัดกรีกราไฟต์และเหล็กกล้า และรอยต่อมีความต้านทานการกัดกร่อนสูง

ตารางที่ 16 โลหะเติมสำหรับการบัดกรีโดยตรงของกราไฟต์และเพชร

(3) กระบวนการบัดกรี วิธีการบัดกรีกราไฟต์สามารถแบ่งได้เป็นสองประเภท คือ การบัดกรีหลังจากการชุบโลหะผิว และอีกประเภทหนึ่งคือการบัดกรีโดยไม่ชุบผิว ไม่ว่าจะใช้วิธีใด การเชื่อมจะต้องผ่านการปรับสภาพก่อนการประกอบ และเช็ดทำความสะอาดสิ่งปนเปื้อนบนพื้นผิวของกราไฟต์ด้วยแอลกอฮอล์หรืออะซิโตน ในกรณีของการบัดกรีด้วยการชุบโลหะผิว จะต้องเคลือบชั้น Ni, Cu หรือ Ti, Zr หรือ Molybdenum disilicide บนพื้นผิวกราไฟต์โดยการพ่นพลาสมา จากนั้นจึงใช้โลหะเติมที่มีทองแดงหรือโลหะเติมที่มีเงินเป็นส่วนประกอบสำหรับการบัดกรี การบัดกรีโดยตรงด้วยตะกั่วบัดกรีเป็นวิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในปัจจุบัน อุณหภูมิในการบัดกรีสามารถเลือกได้ตามชนิดของตะกั่วบัดกรีที่แสดงในตารางที่ 16 ตะกั่วบัดกรีสามารถยึดไว้ตรงกลางของรอยเชื่อมที่บัดกรีแล้วหรือใกล้กับปลายด้านใดด้านหนึ่ง เมื่อบัดกรีด้วยโลหะที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนสูง สามารถใช้ Mo หรือ Ti ที่มีความหนาตามที่กำหนดเป็นชั้นบัฟเฟอร์กลางได้ ชั้นทรานซิชันสามารถทำให้เกิดการเสียรูปพลาสติกระหว่างการให้ความร้อนด้วยการบัดกรี ดูดซับแรงเครียดจากความร้อน และป้องกันการแตกร้าวของกราไฟต์ ตัวอย่างเช่น โมลิบดีนัม (Mo) ถูกใช้เป็นรอยต่อทรานซิชันสำหรับการบัดกรีด้วยสุญญากาศสำหรับส่วนประกอบกราไฟต์และแฮสเทลลอยน์ ใช้ตะกั่วบัดกรี B-pd60ni35cr5 ที่มีความทนทานต่อการกัดกร่อนของเกลือหลอมเหลวและการแผ่รังสีได้ดี อุณหภูมิในการบัดกรีอยู่ที่ 1260 องศาเซลเซียส และรักษาอุณหภูมิไว้เป็นเวลา 10 นาที

สามารถเชื่อมประสานเพชรธรรมชาติได้โดยตรงโดยใช้สารบัดกรี b-ag68.8cu16.7ti4.5, b-ag66cu26ti8 และสารบัดกรีชนิดอื่นๆ การบัดกรีควรทำภายใต้สภาวะสุญญากาศหรืออาร์กอนต่ำ อุณหภูมิในการบัดกรีไม่ควรเกิน 850 องศาเซลเซียส และควรเลือกอัตราการให้ความร้อนที่เร็วกว่า เวลาในการเชื่อมประสานไม่ควรนานเกินไป (โดยทั่วไปประมาณ 10 วินาที) เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดชั้น tic ต่อเนื่องที่ส่วนต่อประสาน เมื่อเชื่อมประสานเพชรและเหล็กโลหะผสม ควรเพิ่มชั้นพลาสติกอินเตอร์เลเยอร์หรือชั้นโลหะผสมขยายตัวต่ำเพื่อป้องกันความเสียหายของเม็ดเพชรที่เกิดจากความเค้นความร้อนสูง เครื่องมือกลึงหรือเครื่องมือคว้านสำหรับงานตัดเฉือนที่มีความแม่นยำสูงพิเศษผลิตโดยกระบวนการบัดกรี ซึ่งเชื่อมประสานเพชรขนาดเล็ก 20-100 มิลลิกรัมเข้ากับตัวเหล็ก และความแข็งแรงของรอยเชื่อมประสานจะอยู่ที่ 200-250 mpa

เพชรโพลีคริสตัลไลน์สามารถบัดกรีด้วยเปลวไฟ ความถี่สูง หรือสุญญากาศได้ ควรใช้การบัดกรีด้วยความถี่สูงหรือการบัดกรีด้วยเปลวไฟสำหรับใบเลื่อยวงเดือนเพชรที่ตัดโลหะหรือหิน ควรเลือกใช้โลหะเติมสำหรับการบัดกรีแบบแอคทีฟ Ag Cu Ti ที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ ควรควบคุมอุณหภูมิในการบัดกรีให้ต่ำกว่า 850 องศาเซลเซียส เวลาในการทำความร้อนไม่ควรนานเกินไป และควรใช้อัตราการเย็นตัวที่ช้า หัวเพชรโพลีคริสตัลไลน์ที่ใช้ในการขุดเจาะปิโตรเลียมและธรณีวิทยามีสภาพการทำงานที่ไม่ดีและต้องรับแรงกระแทกสูง สามารถเลือกโลหะเติมสำหรับการบัดกรีที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบได้ และสามารถใช้แผ่นทองแดงบริสุทธิ์เป็นตัวกลางสำหรับการบัดกรีด้วยสุญญากาศได้ ตัวอย่างเช่น เพชรโพลีคริสตัลไลน์แบบคอลัมน์ขนาด Ф 4.5-4.5 มม. จำนวน 350-400 เม็ด จะถูกบัดกรีลงในรูพรุนของเหล็ก 35CrMo หรือ 40CrNiMo เพื่อสร้างฟันตัด ใช้การบัดกรีสูญญากาศ และระดับสูญญากาศไม่น้อยกว่า 5 × 10-2Pa อุณหภูมิการบัดกรีคือ 1020 ± 5 ℃ เวลาในการยึดคือ 20 ± 2 นาที และความแข็งแรงเฉือนของข้อต่อการบัดกรีมากกว่า 200 mpa

ในระหว่างการบัดกรี ควรใช้น้ำหนักของชิ้นงานเชื่อมในการประกอบและจัดวางตำแหน่งให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้ เพื่อให้ชิ้นส่วนโลหะกดทับวัสดุกราไฟต์หรือโพลีคริสตัลไลน์ที่ส่วนบน เมื่อใช้อุปกรณ์จับยึดเพื่อจัดวางตำแหน่ง วัสดุที่ใช้จับยึดจะต้องเป็นวัสดุที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนใกล้เคียงกับวัสดุที่ใช้เชื่อม