การบัดกรีโลหะทนไฟ

1. บัดกรี

สามารถใช้ตะกั่วบัดกรีทุกชนิดที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า 3,000 องศาเซลเซียสในการบัดกรีแบบ W และสามารถใช้ตะกั่วบัดกรีที่มีทองแดงหรือเงินกับส่วนประกอบที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า 400 องศาเซลเซียส โลหะเติมที่มีทองคำ แมงกานีส แมงกานีส แพลเลเดียม หรือดอกสว่าน มักใช้กับส่วนประกอบที่ใช้อุณหภูมิระหว่าง 400 ถึง 900 องศาเซลเซียส สำหรับส่วนประกอบที่ใช้อุณหภูมิสูงกว่า 1,000 องศาเซลเซียส มักใช้โลหะบริสุทธิ์ เช่น Nb, Ta, Ni, Pt, PD และ Mo อุณหภูมิการทำงานของส่วนประกอบที่บัดกรีด้วยตะกั่วบัดกรีแพลทินัมสูงถึง 2,150 องศาเซลเซียส หากทำการบำบัดแบบกระจายที่อุณหภูมิ 1,080 องศาเซลเซียสหลังการบัดกรี อุณหภูมิการทำงานสูงสุดอาจสูงถึง 3,038 องศาเซลเซียส

สารบัดกรีส่วนใหญ่ที่ใช้ในการบัดกรี w สามารถใช้บัดกรี Mo ได้ และสารบัดกรีที่มีทองแดงหรือเงินสามารถใช้กับส่วนประกอบ Mo ที่ทำงานที่อุณหภูมิต่ำกว่า 400 องศาเซลเซียส สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และชิ้นส่วนที่ไม่ใช่โครงสร้างที่ทำงานที่อุณหภูมิ 400 ~ 650 องศาเซลเซียส สามารถใช้สารบัดกรี Cu Ag, Au Ni, PD Ni หรือ Cu Ni ได้ โลหะเติมที่มีไทเทเนียมหรือโลหะบริสุทธิ์อื่นๆ ที่มีจุดหลอมเหลวสูงสามารถใช้กับส่วนประกอบที่ทำงานที่อุณหภูมิสูงได้ โปรดทราบว่าโดยทั่วไปไม่แนะนำให้ใช้โลหะเติมที่มีแมงกานีส โคบอลต์ และนิกเกิล เพื่อป้องกันการเกิดสารประกอบอินเตอร์เมทัลลิกเปราะในรอยเชื่อมบัดกรี

เมื่อใช้ส่วนประกอบ TA หรือ Nb ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 1,000 องศาเซลเซียส สามารถเลือกวัสดุฉีดที่มีส่วนประกอบของทองแดง แมงกานีส โคบอลต์ ไทเทเนียม นิกเกิล ทองคำ และแพลเลเดียมได้ ซึ่งรวมถึง Cu Au, Au Ni, PD Ni และ Pt Au_ Ni และ Cu Sn ที่มีคุณสมบัติการเปียกน้ำได้ดีกับ TA และ Nb ทำให้เกิดรอยเชื่อมประสานที่ดี และมีความแข็งแรงของรอยเชื่อมสูง เนื่องจากโลหะเติมที่มีส่วนประกอบของเงินมักทำให้โลหะเชื่อมประสานเปราะ จึงควรหลีกเลี่ยงให้มากที่สุด สำหรับส่วนประกอบที่ใช้ที่อุณหภูมิระหว่าง 1,000 องศาเซลเซียส ถึง 1,300 องศาเซลเซียส ควรเลือกโลหะบริสุทธิ์ Ti, V, Zr หรือโลหะผสมที่มีส่วนประกอบของโลหะเหล่านี้ ซึ่งก่อตัวเป็นของแข็งและของเหลวได้ไม่จำกัด เป็นโลหะเติมประสาน เมื่ออุณหภูมิใช้งานสูงขึ้น สามารถเลือกโลหะเติมที่มี HF ได้

W. ดูตารางที่ 13 สำหรับการบัดกรีโลหะเติมสำหรับ Mo, Ta และ Nb ที่อุณหภูมิสูง

ตารางที่ 13 โลหะเติมสำหรับการบัดกรีที่อุณหภูมิสูงของโลหะทนไฟ

2. เทคโนโลยีการบัดกรี

ก่อนการบัดกรีโลหะ จำเป็นต้องกำจัดออกไซด์ออกจากพื้นผิวโลหะทนไฟอย่างระมัดระวัง สามารถใช้วิธีการเจียรด้วยเครื่องจักร การพ่นทราย การทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตราโซนิก หรือการทำความสะอาดด้วยสารเคมีได้ การบัดกรีโลหะควรดำเนินการทันทีหลังกระบวนการทำความสะอาด

เนื่องจาก W มีความเปราะบางตามธรรมชาติ จึงควรจัดการชิ้นส่วน W อย่างระมัดระวังในระหว่างการประกอบชิ้นส่วนเพื่อป้องกันการแตกหัก เพื่อป้องกันการเกิดทังสเตนคาร์ไบด์ที่เปราะ ควรหลีกเลี่ยงการสัมผัสโดยตรงระหว่าง W และกราไฟต์ ควรกำจัดแรงอัดที่เกิดจากกระบวนการก่อนการเชื่อมหรือการเชื่อมก่อนการเชื่อม W ออกซิไดซ์ได้ง่ายมากเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ระดับสุญญากาศควรสูงเพียงพอในระหว่างการบัดกรี เมื่อบัดกรีที่อุณหภูมิ 1,000 ~ 1,400 องศาเซลเซียส ระดับสุญญากาศต้องไม่น้อยกว่า 8 × 10-3Pa เพื่อปรับปรุงอุณหภูมิการหลอมละลายและอุณหภูมิใช้งานของรอยต่อ กระบวนการบัดกรีสามารถใช้ร่วมกับการบำบัดแบบกระจายหลังการเชื่อมได้ ตัวอย่างเช่น ใช้ตะกั่วบัดกรี b-ni68cr20si10fel เพื่อบัดกรี W ที่อุณหภูมิ 1,180 องศาเซลเซียส หลังจากผ่านกระบวนการกระจายความร้อน 3 ครั้ง คือ 1,070 ℃/4 ชม., 1,200 ℃/3.5 ชม. และ 1,300 ℃/2 ชม. หลังการเชื่อม อุณหภูมิการใช้งานของรอยเชื่อมบัดกรีสามารถสูงเกิน 2,200 ℃ ได้

ควรพิจารณาค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำเมื่อประกอบรอยเชื่อมโมลิบดีนัม (Mo) และช่องว่างระหว่างรอยเชื่อมควรอยู่ในช่วง 0.05 ~ 0.13 มม. หากใช้อุปกรณ์ยึดติด ให้เลือกวัสดุที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ การตกผลึกโมลิบดีนัมจะเกิดขึ้นเมื่อการเชื่อมด้วยเปลวไฟ เตาเผาบรรยากาศควบคุม เตาสุญญากาศ เตาเหนี่ยวนำ และความร้อนต้านทานเกินอุณหภูมิการตกผลึกใหม่ หรืออุณหภูมิการตกผลึกใหม่ลดลงเนื่องจากการแพร่กระจายขององค์ประกอบบัดกรี ดังนั้น เมื่ออุณหภูมิการบัดกรีใกล้เคียงกับอุณหภูมิการตกผลึกใหม่ ยิ่งเวลาในการบัดกรีสั้นลงก็ยิ่งดี เมื่อการเชื่อมด้วยเปลวไฟสูงกว่าอุณหภูมิการตกผลึกใหม่ของโมลิบดีนัม ต้องควบคุมเวลาในการบัดกรีและอัตราการเย็นตัวเพื่อป้องกันการแตกร้าวที่เกิดจากการเย็นตัวเร็วเกินไป เมื่อใช้การเชื่อมด้วยเปลวไฟออกซีอะเซทิลีน ควรใช้ฟลักซ์ผสม เช่น ฟลักซ์โบเรตอุตสาหกรรมหรือฟลักซ์บัดกรีเงิน ร่วมกับฟลักซ์อุณหภูมิสูงที่มีแคลเซียมฟลูออไรด์ ซึ่งสามารถให้การป้องกันที่ดีได้ วิธีการนี้คือการเคลือบผิวฟลักซ์บัดกรีเงินบนพื้นผิวของโมลิบดีนัมก่อน แล้วจึงเคลือบฟลักซ์ที่อุณหภูมิสูง ฟลักซ์บัดกรีเงินมีกิจกรรมในช่วงอุณหภูมิต่ำ และอุณหภูมิใช้งานของฟลักซ์อุณหภูมิสูงสามารถสูงถึง 1,427 องศาเซลเซียส

ส่วนประกอบ TA หรือ Nb ควรบัดกรีภายใต้สภาวะสุญญากาศ และระดับสุญญากาศต้องไม่น้อยกว่า 1.33 × 10-2Pa หากบัดกรีภายใต้การป้องกันด้วยก๊าซเฉื่อย ต้องกำจัดสิ่งเจือปนของก๊าซ เช่น คาร์บอนมอนอกไซด์ แอมโมเนีย ไนโตรเจน และคาร์บอนไดออกไซด์ ออกให้หมดอย่างเคร่งครัด เมื่อบัดกรีหรือบัดกรีด้วยความต้านทานในอากาศ ควรใช้โลหะเติมสำหรับบัดกรีชนิดพิเศษและฟลักซ์ที่เหมาะสม เพื่อป้องกันไม่ให้ TA หรือ Nb สัมผัสกับออกซิเจนที่อุณหภูมิสูง สามารถชุบโลหะทองแดงหรือนิกเกิลบนพื้นผิว และทำการอบอ่อนแบบกระจายตัวที่เกี่ยวข้อง