การเชื่อมประสานโลหะทนความร้อน

1. การบัดกรี

สามารถใช้ตะกั่วบัดกรีทุกชนิดที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า 3000 ℃ ในการเชื่อมประสานด้วยทังสเตนได้ และสามารถใช้ตะกั่วบัดกรีที่มีส่วนผสมของทองแดงหรือเงินสำหรับชิ้นส่วนที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า 400 ℃ โดยทั่วไปแล้วจะใช้โลหะตัวเติมที่มีส่วนผสมของทองคำ แมงกานีส แพลเลเดียม หรือสว่าน สำหรับชิ้นส่วนที่ใช้ที่อุณหภูมิระหว่าง 400 ℃ ถึง 900 ℃ สำหรับชิ้นส่วนที่ใช้ที่อุณหภูมิสูงกว่า 1000 ℃ มักใช้โลหะบริสุทธิ์ เช่น Nb, Ta, Ni, Pt, PD และ Mo อุณหภูมิการทำงานของชิ้นส่วนที่เชื่อมประสานด้วยตะกั่วบัดกรีที่มีส่วนผสมของแพลทินัมสูงถึง 2150 ℃ หากทำการอบชุบด้วยความร้อนที่ 1080 ℃ หลังจากการเชื่อมประสานแล้ว อุณหภูมิการทำงานสูงสุดสามารถสูงถึง 3038 ℃

โลหะบัดกรีส่วนใหญ่ที่ใช้ในการบัดกรีสามารถใช้สำหรับการบัดกรีโมลิบเดนัมได้ และโลหะบัดกรีที่มีส่วนประกอบของทองแดงหรือเงินสามารถใช้กับชิ้นส่วนโมลิบเดนัมที่ทำงานที่อุณหภูมิต่ำกว่า 400 ℃ สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และชิ้นส่วนที่ไม่ใช่โครงสร้างที่ทำงานที่อุณหภูมิ 400 ~ 650 ℃ สามารถใช้โลหะบัดกรี Cu Ag, Au Ni, PD Ni หรือ Cu Ni ได้ โลหะตัวเติมที่มีส่วนประกอบของไทเทเนียมหรือโลหะบริสุทธิ์อื่นๆ ที่มีจุดหลอมเหลวสูงสามารถใช้กับชิ้นส่วนที่ทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่าได้ ควรสังเกตว่าโดยทั่วไปแล้วไม่แนะนำให้ใช้โลหะตัวเติมที่มีส่วนประกอบของแมงกานีส โคบอลต์ และนิกเกล เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดสารประกอบโลหะระหว่างกันที่เปราะในรอยบัดกรี

เมื่อใช้ชิ้นส่วน TA หรือ Nb ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 1000 ℃ สามารถเลือกใช้ลวดเชื่อมแบบเติมที่มีส่วนประกอบของทองแดง แมงกานีส โคบอลต์ ไทเทเนียม นิกเกล ทอง และแพลเลเดียมได้ รวมถึงลวดเชื่อม Cu Au, Au Ni, PD Ni และ Pt Au_Ni และ Cu Sn ซึ่งมีคุณสมบัติในการเปียกที่ดีกับ TA และ Nb มีการขึ้นรูปตะเข็บเชื่อมที่ดี และมีความแข็งแรงของรอยเชื่อมสูง เนื่องจากลวดเชื่อมที่มีส่วนประกอบของเงินมีแนวโน้มที่จะทำให้โลหะเชื่อมเปราะ จึงควรหลีกเลี่ยงให้มากที่สุด สำหรับชิ้นส่วนที่ใช้ที่อุณหภูมิระหว่าง 1000 ℃ ถึง 1300 ℃ ควรเลือกใช้โลหะบริสุทธิ์ Ti, V, Zr หรือโลหะผสมที่มีส่วนประกอบของโลหะเหล่านี้ซึ่งสามารถก่อตัวเป็นของแข็งและของเหลวได้อย่างไม่จำกัด เมื่ออุณหภูมิใช้งานสูงขึ้น สามารถเลือกใช้ลวดเชื่อมที่มี HF ได้

W. ดูตารางที่ 13 สำหรับโลหะตัวเติมสำหรับการเชื่อมประสาน Mo, Ta และ Nb ที่อุณหภูมิสูง

ตารางที่ 13 โลหะตัวเติมสำหรับการเชื่อมประสานที่อุณหภูมิสูงของโลหะทนไฟ

2. เทคโนโลยีการเชื่อมประสาน

ก่อนทำการเชื่อมประสาน จำเป็นต้องกำจัดออกไซด์บนพื้นผิวของโลหะทนไฟออกอย่างระมัดระวัง สามารถใช้การขัดด้วยเครื่องจักร การพ่นทราย การทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตราโซนิค หรือการทำความสะอาดด้วยสารเคมีได้ การเชื่อมประสานจะต้องดำเนินการทันทีหลังจากกระบวนการทำความสะอาดเสร็จสิ้น

เนื่องจากทังสเตน (W) มีความเปราะบางโดยธรรมชาติ ชิ้นส่วนทังสเตนจึงต้องได้รับการจัดการอย่างระมัดระวังในขั้นตอนการประกอบเพื่อหลีกเลี่ยงการแตกหัก เพื่อป้องกันการเกิดทังสเตนคาร์ไบด์ที่เปราะบาง ควรหลีกเลี่ยงการสัมผัสโดยตรงระหว่างทังสเตนกับกราไฟต์ ต้องกำจัดแรงดึงล่วงหน้าเนื่องจากการเตรียมการเชื่อมหรือการเชื่อมก่อนการเชื่อม ทังสเตนเกิดออกซิเดชันได้ง่ายมากเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ระดับสุญญากาศต้องสูงเพียงพอในระหว่างการบัดกรี เมื่อทำการบัดกรีในช่วงอุณหภูมิ 1000 ~ 1400 ℃ ระดับสุญญากาศต้องไม่น้อยกว่า 8 × 10⁻³ Pa เพื่อปรับปรุงอุณหภูมิการหลอมใหม่และอุณหภูมิการใช้งานของรอยต่อ กระบวนการบัดกรีสามารถรวมกับการบำบัดด้วยการแพร่กระจายหลังการเชื่อมได้ ตัวอย่างเช่น ใช้บัดกรี b-ni68cr20si10fel ในการบัดกรีทังสเตนที่อุณหภูมิ 1180 ℃ หลังจากผ่านกระบวนการอบชุบด้วยความร้อนแบบแพร่กระจาย 3 ครั้ง ที่อุณหภูมิ 1070 ℃ /4 ชั่วโมง, 1200 ℃ /3.5 ชั่วโมง และ 1300 ℃ /2 ชั่วโมง หลังจากการเชื่อมแล้ว อุณหภูมิใช้งานของรอยเชื่อมประสานสามารถสูงถึงมากกว่า 2200 ℃

เมื่อประกอบรอยเชื่อมประสานของโมลิบเดนัม ควรคำนึงถึงค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่ต่ำ และช่องว่างของรอยเชื่อมควรอยู่ในช่วง 0.05 ~ 0.13 มม. หากใช้ตัวยึด ควรเลือกวัสดุที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ การตกผลึกใหม่ของโมลิบเดนัมเกิดขึ้นเมื่อการเชื่อมประสานด้วยเปลวไฟ เตาเผาในบรรยากาศควบคุม เตาเผาสุญญากาศ เตาเหนี่ยวนำ และการให้ความร้อนด้วยความต้านทาน มีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิการตกผลึกใหม่ หรืออุณหภูมิการตกผลึกใหม่ลดลงเนื่องจากการแพร่กระจายของธาตุประสาน ดังนั้น เมื่ออุณหภูมิการเชื่อมประสานใกล้เคียงกับอุณหภูมิการตกผลึกใหม่ ยิ่งเวลาในการเชื่อมประสานสั้นลงเท่าไหร่ก็ยิ่งดีเท่านั้น เมื่อเชื่อมประสานที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิการตกผลึกใหม่ของโมลิบเดนัม ต้องควบคุมเวลาในการเชื่อมประสานและอัตราการเย็นตัวเพื่อหลีกเลี่ยงการแตกร้าวที่เกิดจากการเย็นตัวเร็วเกินไป เมื่อใช้การเชื่อมประสานด้วยเปลวไฟออกซิอะเซทิลีน ควรใช้ฟลักซ์ผสม เช่น ฟลักซ์เชื่อมประสานบอเรตอุตสาหกรรมหรือฟลักซ์เชื่อมประสานเงินผสมกับฟลักซ์อุณหภูมิสูงที่มีแคลเซียมฟลูออไรด์ ซึ่งจะช่วยให้การป้องกันที่ดี วิธีการคือ ขั้นแรกให้เคลือบฟลักซ์ประสานเงินลงบนพื้นผิวของโมลิบเดนัม จากนั้นจึงเคลือบฟลักซ์ทนความร้อน ฟลักซ์ประสานเงินมีประสิทธิภาพในช่วงอุณหภูมิต่ำ ในขณะที่อุณหภูมิที่ฟลักซ์ทนความร้อนมีประสิทธิภาพสามารถสูงถึง 1427 องศาเซลเซียส

โดยทั่วไปแล้ว ควรทำการบัดกรีชิ้นส่วน TA หรือ Nb ภายใต้สภาวะสุญญากาศ และระดับสุญญากาศต้องไม่น้อยกว่า 1.33 × 10⁻² Pa หากทำการบัดกรีภายใต้การป้องกันของก๊าซเฉื่อย จะต้องกำจัดสิ่งเจือปนของก๊าซ เช่น คาร์บอนมอนอกไซด์ แอมโมเนีย ไนโตรเจน และคาร์บอนไดออกไซด์ ออกไปอย่างเคร่งครัด เมื่อทำการบัดกรีหรือการบัดกรีแบบต้านทานในอากาศ จะต้องใช้โลหะตัวเติมสำหรับการบัดกรีโดยเฉพาะและฟลักซ์ที่เหมาะสม เพื่อป้องกันไม่ให้ TA หรือ Nb สัมผัสกับออกซิเจนที่อุณหภูมิสูง สามารถเคลือบพื้นผิวด้วยทองแดงหรือนิกเกิล และทำการอบชุบด้วยความร้อนแบบแพร่กระจายที่เหมาะสมได้