(1) Caratteristiche di brasatura: i problemi legati alla brasatura policristallina di grafite e diamante sono molto simili a quelli riscontrati nella brasatura ceramica. Rispetto al metallo, la lega per saldatura è difficile da bagnare con i materiali policristallini di grafite e diamante e il suo coefficiente di dilatazione termica è molto diverso da quello dei materiali strutturali generali. Entrambi vengono riscaldati direttamente in aria e si verifica ossidazione o carbonizzazione quando la temperatura supera i 400 °C. Pertanto, è necessario adottare la brasatura sotto vuoto e il grado di vuoto non deve essere inferiore a 10-1 Pa. Poiché la resistenza di entrambi i materiali non è elevata, in caso di stress termico durante la brasatura, potrebbero verificarsi delle cricche. Si consiglia di selezionare un metallo d'apporto per brasatura con un basso coefficiente di dilatazione termica e di controllare rigorosamente la velocità di raffreddamento. Poiché la superficie di tali materiali non è facile da bagnare con i normali metalli d'apporto per brasatura, è possibile depositare uno strato di 2,5 ~ 12,5 µm di W, Mo e altri elementi sulla superficie di materiali policristallini di grafite e diamante mediante modifica della superficie (rivestimento sotto vuoto, sputtering ionico, spruzzatura al plasma e altri metodi) prima della brasatura e formare con essi i corrispondenti carburi, oppure è possibile utilizzare metalli d'apporto per brasatura ad alta attività.
Grafite e diamante presentano diverse qualità, che differiscono per granulometria, densità, purezza e altri aspetti, e presentano diverse caratteristiche di brasatura. Inoltre, se la temperatura dei materiali diamantati policristallini supera i 1000 °C, il rapporto di usura policristallino inizia a diminuire, e diminuisce di oltre il 50% quando la temperatura supera i 1200 °C. Pertanto, quando si esegue la brasatura sotto vuoto del diamante, la temperatura di brasatura deve essere mantenuta al di sotto dei 1200 °C e il grado di vuoto non deve essere inferiore a 5 × 10-2Pa.
(2) La scelta del metallo d'apporto per brasatura si basa principalmente sull'utilizzo e sulla lavorazione superficiale. Quando utilizzato come materiale resistente al calore, è necessario selezionare un metallo d'apporto con elevata temperatura di brasatura e buona resistenza al calore; per materiali resistenti alla corrosione chimica, sono selezionati metalli d'apporto con bassa temperatura di brasatura e buona resistenza alla corrosione. Per la grafite, dopo il trattamento di metallizzazione superficiale, è possibile utilizzare una lega per saldatura a base di rame puro con elevata duttilità e buona resistenza alla corrosione. Le leghe per saldatura attive a base di argento e rame presentano una buona bagnabilità e fluidità nei confronti di grafite e diamante, ma la temperatura di esercizio del giunto brasato difficilmente supera i 400 °C. Per componenti in grafite e utensili diamantati utilizzati tra 400 °C e 800 °C, si utilizzano solitamente metalli d'apporto a base di oro, palladio, manganese o titanio. Per giunti utilizzati tra 800 °C e 1000 °C, si utilizzano metalli d'apporto a base di nichel o per trapano. Quando si utilizzano componenti in grafite a temperature superiori a 1000 ℃, è possibile utilizzare metalli d'apporto puri (Ni, PD, Ti) o metalli d'apporto in lega contenenti molibdeno, Mo, Ta e altri elementi che possono formare carburi con il carbonio.
Per grafite o diamante senza trattamento superficiale, i metalli d'apporto attivi indicati nella tabella 16 possono essere utilizzati per la brasatura diretta. La maggior parte di questi metalli d'apporto sono leghe binarie o ternarie a base di titanio. Il titanio puro reagisce fortemente con la grafite, che può formare uno strato di carburo molto spesso, e il suo coefficiente di dilatazione lineare è molto diverso da quello della grafite, che è facile da criccare, quindi non può essere utilizzato come lega per saldatura. L'aggiunta di Cr e Ni al Ti può ridurre il punto di fusione e migliorare la bagnabilità con la ceramica. Il Ti è una lega ternaria, composta principalmente da Ti Zr, con l'aggiunta di TA, Nb e altri elementi. Ha un basso coefficiente di dilatazione lineare, che può ridurre lo stress di brasatura. La lega ternaria composta principalmente da Ti Cu è adatta alla brasatura di grafite e acciaio e il giunto presenta un'elevata resistenza alla corrosione.
Tabella 16 metalli d'apporto per brasatura diretta di grafite e diamante
(3) Processo di brasatura: i metodi di brasatura della grafite possono essere suddivisi in due categorie: la brasatura dopo metallizzazione superficiale e la brasatura senza trattamento superficiale. Indipendentemente dal metodo utilizzato, la saldatura deve essere pretrattata prima dell'assemblaggio e i contaminanti superficiali dei materiali in grafite devono essere puliti con alcol o acetone. In caso di brasatura con metallizzazione superficiale, uno strato di Ni, Cu o uno strato di Ti, Zr o disiliciuro di molibdeno deve essere depositato sulla superficie della grafite mediante spruzzatura al plasma, quindi per la brasatura deve essere utilizzato un metallo d'apporto a base di rame o argento. La brasatura diretta con lega attiva è il metodo attualmente più utilizzato. La temperatura di brasatura può essere selezionata in base alla lega di saldatura indicata nella tabella 16. La lega di saldatura può essere fissata al centro del giunto brasato o vicino a un'estremità. Quando si brasatura con un metallo con un elevato coefficiente di dilatazione termica, è possibile utilizzare Mo o Ti di un certo spessore come strato intermedio tampone. Lo strato di transizione può produrre deformazione plastica durante il riscaldamento della brasatura, assorbire lo stress termico ed evitare la formazione di cricche nella grafite. Ad esempio, il Mo viene utilizzato come giunto di transizione per la brasatura sotto vuoto di componenti in grafite e hastelloyn. Viene utilizzata la lega saldante B-pd60ni35cr5 con buona resistenza alla corrosione da sali fusi e alle radiazioni. La temperatura di brasatura è di 1260 °C e viene mantenuta per 10 minuti.
Il diamante naturale può essere brasato direttamente con b-ag68.8cu16.7ti4.5, b-ag66cu26ti8 e altri saldanti attivi. La brasatura deve essere eseguita sotto vuoto o con protezione a basso contenuto di argon. La temperatura di brasatura non deve superare gli 850 °C e si deve selezionare una velocità di riscaldamento più elevata. Il tempo di mantenimento alla temperatura di brasatura non deve essere troppo lungo (generalmente circa 10 secondi) per evitare la formazione di uno strato continuo di grafite all'interfaccia. Quando si brasano diamanti e acciai legati, si deve aggiungere un interstrato plastico o uno strato di lega a bassa dilatazione per la transizione, al fine di prevenire il danneggiamento dei grani di diamante causato da eccessivi stress termici. L'utensile di tornitura o l'utensile di alesatura per lavorazioni meccaniche di altissima precisione viene prodotto mediante un processo di brasatura, che brasa 20 ~ 100 mg di piccole particelle di diamante sul corpo in acciaio, e la resistenza del giunto brasato raggiunge i 200 ~ 250 MPa.
Il diamante policristallino può essere brasato a fiamma, ad alta frequenza o sotto vuoto. La brasatura ad alta frequenza o a fiamma è indicata per il taglio di metalli o pietre con lame circolari diamantate. Come materiale d'apporto per brasatura attiva si deve scegliere Ag Cu Ti con basso punto di fusione. La temperatura di brasatura deve essere mantenuta al di sotto di 850 °C, il tempo di riscaldamento non deve essere troppo lungo e si deve adottare una lenta velocità di raffreddamento. Le punte di diamante policristallino utilizzate nelle perforazioni petrolifere e geologiche presentano condizioni di lavoro difficili e sopportano carichi d'impatto elevati. È possibile scegliere un materiale d'apporto per brasatura a base di nichel e utilizzare un foglio di rame puro come interstrato per la brasatura sotto vuoto. Ad esempio, 350 ~ 400 capsule di diamante policristallino colonnare da 4,5 ~ 4,5 mm vengono brasate nelle perforazioni di acciaio 35CrMo o 40CrNiMo per formare i denti di taglio. Viene adottata la brasatura sotto vuoto e il grado di vuoto non è inferiore a 5 × 10-2Pa, la temperatura di brasatura è 1020 ± 5 ℃, il tempo di mantenimento è 20 ± 2 min e la resistenza al taglio del giunto di brasatura è maggiore di 200 mpa
Durante la brasatura, il peso proprio della saldatura deve essere sfruttato il più possibile per l'assemblaggio e il posizionamento, in modo che la parte metallica prema sulla grafite o sul materiale policristallino nella parte superiore. Quando si utilizza l'attrezzatura per il posizionamento, il materiale dell'attrezzatura deve essere un materiale con un coefficiente di dilatazione termica simile a quello della saldatura.
Data di pubblicazione: 13-06-2022