הלחמה של גרפיט ויהלום פוליקריסטלי

(1) מאפייני הלחמה הבעיות הכרוכות בהלחמה פולי-גבישית של גרפיט ויהלום דומות מאוד לאלו שנתקלים בהלחמה קרמית.בהשוואה למתכת, הלחמה קשה להרטיב חומרים פולי-גבישיים של גרפיט ויהלום, ומקדם ההתפשטות התרמית שלה שונה מאוד מזה של חומרים מבניים כלליים.השניים מחוממים ישירות באוויר, וחמצון או פחמול יתרחשו כאשר הטמפרטורה עולה על 400 ℃.לכן, הלחמת ואקום תאומץ, ודרגת הוואקום לא תהיה פחות מ-10-1pa.מכיוון שהחוזק של שניהם אינו גבוה, אם יש לחץ תרמי במהלך הלחמה, עלולים להיווצר סדקים.נסה לבחור מתכת מילוי הלחמה עם מקדם התפשטות תרמית נמוך ולשלוט בקפדנות על קצב הקירור.מכיוון שלא קל להרטיב את פני השטח של חומרים כאלה על ידי מתכות מילוי הלחמה רגילות, שכבה של 2.5 ~ 12.5 אום עובי W, Mo ואלמנטים אחרים יכולה להיות מופקדת על פני השטח של חומרים פולי-גבישיים גרפיט ויהלום על ידי שינוי פני השטח (ציפוי ואקום , התזת יונים, ריסוס פלזמה ושיטות אחרות) לפני הלחמה ויצירת קרבידים תואמים איתם, או ניתן להשתמש במתכות מילוי הלחמה בפעילות גבוהה.

לגרפיט ויהלום יש דרגות רבות, הנבדלות בגודל החלקיקים, בצפיפות, בטוהר ובהיבטים נוספים, ובעלי מאפייני הלחמה שונים.בנוסף, אם הטמפרטורה של חומרי יהלום פוליגריסטליים עולה על 1000 ℃, יחס הבלאי הפולי-גבישי מתחיל לרדת, ויחס הבלאי יורד ביותר מ-50% כאשר הטמפרטורה עולה על 1200 ℃.לכן, בעת הלחמת יהלום בוואקום, יש לשלוט בטמפרטורת ההלחמה מתחת ל-1200 ℃, ודרגת הוואקום לא תהיה פחות מ-5 × 10-2Pa.

(2) הבחירה של מתכת מילוי הלחמה מבוססת בעיקר על השימוש ועיבוד פני השטח.בשימוש כחומר עמיד בחום, תיבחר מתכת מילוי הלחמה עם טמפרטורת הלחמה גבוהה ועמידות בחום טובה;עבור חומרים עמידים בפני קורוזיה כימיים, נבחרות מתכות מילוי הלחמה עם טמפרטורת הלחמה נמוכה ועמידות בפני קורוזיה טובה.עבור הגרפיט לאחר טיפול מתכת משטח, ניתן להשתמש בהלחמת נחושת טהורה עם משיכות גבוהה ועמידות בפני קורוזיה טובה.להלחמה פעילה מבוססת כסף ונחושת יש יכולת הרטבה ונזילות טובה לגרפיט ויהלום, אך טמפרטורת השירות של מפרק מולחם קשה לעלות על 400 ℃.עבור רכיבי גרפיט וכלי יהלום המשמשים בין 400 ℃ עד 800 ℃, משתמשים בדרך כלל במתכות מילוי על בסיס זהב, בסיס פלדיום, בסיס מנגן או בסיס טיטניום.עבור מפרקים המשמשים בין 800 ℃ ל- 1000 ℃, יש להשתמש במתכות מילוי על בסיס ניקל או על בסיס מקדחה.כאשר משתמשים ברכיבי גרפיט מעל 1000 ℃, ניתן להשתמש במתכות מילוי מתכת טהורות (Ni, PD, Ti) או מתכות מילוי מסגסוגת המכילות מוליבדן, Mo, Ta ואלמנטים אחרים שיכולים ליצור קרבידים עם פחמן.

עבור גרפיט או יהלום ללא טיפול פני השטח, ניתן להשתמש במתכות המילוי הפעילות בטבלה 16 להלחמה ישירה.רוב מתכות המילוי הללו הן סגסוגות בינאריות או משולשות מבוססות טיטניום.טיטניום טהור מגיב חזק עם גרפיט, שיכול ליצור שכבת קרביד עבה מאוד, ומקדם ההתפשטות הליניארי שלו שונה בתכלית מזה של גרפיט שקל לייצר סדקים ולכן לא ניתן להשתמש בו כהלחמה.תוספת של Cr ו-Ni ל-Ti יכולה להפחית את נקודת ההיתוך ולשפר את יכולת ההרטבה עם קרמיקה.Ti היא סגסוגת משולשת, המורכבת בעיקר מ-Ti Zr, בתוספת TA, Nb ואלמנטים נוספים.יש לו מקדם התפשטות ליניארי נמוך, שיכול להפחית את מתח ההלחמה.הסגסוגת הטרינרית המורכבת בעיקר מ-Ti Cu מתאימה להלחמה של גרפיט ופלדה, ולמפרק עמידות בפני קורוזיה גבוהה.

טבלה 16 הלחמת מתכות מילוי להלחמה ישירה של גרפיט ויהלום

(3) תהליך הלחמה ניתן לחלק את שיטות ההלחמה של גרפיט לשתי קטגוריות, האחת היא הלחמה לאחר מתכת פני השטח, והשנייה היא הלחמה ללא טיפול פני השטח.לא משנה באיזו שיטה משתמשים, הריתוך יעבור טיפול מקדים לפני ההרכבה, ומזהמי פני השטח של חומרי גרפיט ינוקו עם אלכוהול או אצטון.במקרה של הלחמת מתכת על פני השטח, שכבה של Ni, Cu או שכבה של Ti, Zr או מוליבדן דיסיליד תצוף על משטח הגרפיט על ידי התזת פלזמה, ולאחר מכן ישמש מתכת מילוי על בסיס נחושת או מתכת מילוי על בסיס כסף להלחמה .הלחמה ישירה עם הלחמה פעילה היא השיטה הנפוצה ביותר כיום.ניתן לבחור את טמפרטורת ההלחמה לפי ההלחמה המופיעה בטבלה 16. ניתן להדק את ההלחמה באמצע המפרק המולחם או ליד קצה אחד.כאשר הלחמה עם מתכת עם מקדם התפשטות תרמית גדול, Mo או Ti בעובי מסוים יכולים לשמש כשכבת חיץ ביניים.שכבת המעבר יכולה לייצר דפורמציה פלסטית במהלך חימום הלחמה, לספוג לחץ תרמי ולהימנע מפיצוח גרפיט.לדוגמה, Mo משמש כמפרק המעבר להלחמת ואקום של רכיבי גרפיט והיסטליין.נעשה שימוש בהלחמה B-pd60ni35cr5 עם עמידות טובה בפני קורוזיה וקרינה של מלח מותך.טמפרטורת ההלחמה היא 1260 ℃ והטמפרטורה נשמרת למשך 10 דקות.

ניתן להלחים יהלום טבעי ישירות עם b-ag68.8cu16.7ti4.5, b-ag66cu26ti8 והלחמות פעילות אחרות.ההלחמה תתבצע תחת הגנת ואקום או ארגון נמוך.טמפרטורת ההלחמה לא תעלה על 850 ℃, ויש לבחור קצב חימום מהיר יותר.זמן ההחזקה בטמפרטורת ההלחמה לא צריך להיות ארוך מדי (בדרך כלל כ-10 שניות) כדי למנוע היווצרות של שכבת טיק רציפה בממשק.בעת הלחמת פלדה של יהלומים וסגסוגת, יש להוסיף שכבת ביניים פלסטית או שכבת סגסוגת התפשטות נמוכה למעבר כדי למנוע את הנזק של גרגירי היהלומים הנגרמים מלחץ תרמי מוגזם.כלי הסיבוב או הכלי המשעמם לעיבוד שבבי דיוק במיוחד מיוצר בתהליך הלחמה, אשר הלחמת 20 ~ 100 מ"ג יהלום חלקיקים קטנים על גוף הפלדה, וחוזק המפרק של מפרק ההלחמה מגיע ל-200 ~ 250 מ"ג.

ניתן להלחים יהלום פולי גבישי על ידי להבה, בתדירות גבוהה או בוואקום.הלחמה בתדירות גבוהה או הלחמת להבה תאומץ לחיתוך להב מסור עגול יהלום מתכת או אבן.תיבחר מתכת מילוי הלחמה אקטיבית Ag Cu Ti עם נקודת התכה נמוכה.טמפרטורת ההלחמה תהיה נשלטת מתחת ל-850 ℃, זמן החימום לא יהיה ארוך מדי, וקצב קירור איטי יאומץ.לחלקי יהלום פולי-גבישיים המשמשים בקידוח נפט וגיאולוגי יש תנאי עבודה גרועים והם נושאים עומסי פגיעה עצומים.ניתן לבחור מתכת מילוי הלחמה על בסיס ניקל וניתן להשתמש בנייר נחושת טהור כשכבת הביניים להלחמה בוואקום.לדוגמה, 350 ~ 400 כמוסות Ф 4.5 ~ 4.5 מ"מ יהלום פולי-גבישי עמודים מולחמים לתוך הנקבים של פלדת 35CrMo או 40CrNiMo ליצירת שיניים חותכות.הלחמת ואקום מאומצת, ודרגת הוואקום אינה פחותה מ-5 × 10-2Pa, טמפרטורת ההלחמה היא 1020 ± 5 ℃, זמן ההחזקה הוא 20 ± 2 דקות, וחוזק הגזירה של מפרק ההלחמה גדול מ-200mpa

במהלך ההלחמה, המשקל העצמי של הריתוך ישמש להרכבה ומיקום ככל האפשר כדי לגרום לחלק המתכת ללחוץ על הגרפיט או החומר הפולי-גבישי בחלק העליון.בעת שימוש במתקן למיקום, חומר המתקן יהיה החומר בעל מקדם ההתפשטות התרמית דומה לזה של הריתוך.