הלחמת גרפיט ויהלום פוליקריסטלי

(1) מאפייני הלחמה - הבעיות הכרוכות בהלחמת גרפיט ויהלום פוליקריסטליים דומות מאוד לאלו שנתקלות בהלחמת קרמיקה. בהשוואה למתכת, קשה להרטיב הלחמה בחומרים פוליקריסטליים של גרפיט ויהלום, ומקדם ההתפשטות התרמית שלו שונה מאוד מזה של חומרי מבנה כלליים. שניהם מחוממים ישירות באוויר, וחמצון או פחמון יתרחשו כאשר הטמפרטורה עולה על 400 מעלות צלזיוס. לכן, יש לאמץ הלחמת ואקום, כאשר דרגת הוואקום לא תפחת מ-10-1 פסקל. מכיוון שחוזק שניהם אינו גבוה, אם יש עומס תרמי במהלך ההלחמה, עלולים להיווצר סדקים. יש לנסות לבחור מתכת מילוי להלחמה עם מקדם התפשטות תרמית נמוך ולשלוט בקפדנות בקצב הקירור. מכיוון שפני השטח של חומרים כאלה אינם ניתנים להרטבה בקלות על ידי מתכות מילוי הלחמה רגילות, ניתן להניח שכבה של W, מונזיום ויסודות אחרים בעובי 2.5 ~ 12.5 מיקרון על פני השטח של חומרים פוליקריסטליים של גרפיט ויהלום על ידי שינוי פני השטח (ציפוי ואקום, התזת יונים, ריסוס פלזמה ושיטות אחרות) לפני ההלחמה וליצור איתם קרבידים תואמים, או להשתמש במתכות מילוי הלחמה בעלות פעילות גבוהה.

לגרפיט ויהלום יש דרגות רבות, הנבדלות זו מזו בגודל החלקיקים, בצפיפות, בטוהר ובהיבט אחר, ומאפייני הלחמה שונים. בנוסף, אם הטמפרטורה של חומרי יהלום פוליקריסטליים עולה על 1000 מעלות צלזיוס, יחס הבלאי הפוליקריסטלי מתחיל לרדת, ויחס הבלאי יורד ביותר מ-50% כאשר הטמפרטורה עולה על 1200 מעלות צלזיוס. לכן, בעת הלחמת יהלום בוואקום, יש לשלוט בטמפרטורת ההלחמה מתחת ל-1200 מעלות צלזיוס, ומידת הוואקום לא תפחת מ-5 × 10-2 פאסל.

(2) בחירת מתכת מילוי להלחמה מבוססת בעיקר על השימוש ועיבוד פני השטח. כאשר משתמשים בה כחומר עמיד בחום, יש לבחור מתכת מילוי להלחמה בעלת טמפרטורת הלחמה גבוהה ועמידות טובה בחום; עבור חומרים עמידים בפני קורוזיה כימית, יש לבחור מתכות מילוי להלחמה בעלות טמפרטורת הלחמה נמוכה ועמידות טובה בפני קורוזיה. עבור גרפיט לאחר טיפול במתכת פני השטח, ניתן להשתמש בהלחמת נחושת טהורה בעלת משיכות גבוהה ועמידות טובה בפני קורוזיה. להלחמה פעילה על בסיס כסף ונחושת יש יכולת רטיבות ונזילות טובות לגרפיט ויהלום, אך טמפרטורת השירות של החיבור המולחם קשה לעלות על 400 מעלות צלזיוס. עבור רכיבי גרפיט וכלי יהלום המשמשים בין 400 מעלות צלזיוס ל-800 מעלות צלזיוס, בדרך כלל משתמשים במתכות מילוי על בסיס זהב, פלדיום, מנגן או טיטניום. עבור חיבורים המשמשים בין 800 מעלות צלזיוס ל-1000 מעלות צלזיוס, יש להשתמש במתכות מילוי על בסיס ניקל או מקדחים. כאשר משתמשים ברכיבי גרפיט בטמפרטורה מעל 1000 מעלות צלזיוס, ניתן להשתמש במתכות מילוי טהורות (Ni, PD, Ti) או בסגסוגות מתכות מילוי המכילות מוליבדן, מוליבדן, טא ויסודות 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 טרנריות מבוססות טיטניום. טיטניום טהור מגיב חזק עם גרפיט, שיכול ליצור שכבת קרביד עבה מאוד, ומקדם ההתפשטות הליניארית שלו שונה למדי 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 הרטבה עם קרמיקה. Ti היא סגסוגת טרנרית, המורכבת בעיקר מ-Ti Zr, עם תוספת של TA, Nb ויסודות אחרים. יש לה מקדם התפשטות ליניארית נמוך, שיכול להפחית את מאמץ ההלחמה. הסגסוגת הטרנרית המורכבת בעיקר מ-Ti Cu מתאימה להלחמת גרפיט ופלדה, ולחיבור עמידות גבוהה בפני קורוזיה.

טבלה 16 מתכות מילוי להלחמה להלחמה ישירה של גרפיט ויהלום

(3) תהליך הלחמה ניתן לחלק את שיטות ההלחמה של גרפיט לשתי קטגוריות, האחת היא הלחמה לאחר עיבוד משטחי, והשנייה היא הלחמה ללא טיפול משטחי. ללא קשר לשיטה שבה משתמשים, יש לטפל מראש את החומר הריתוך לפני ההרכבה, ויש לנקות את מזהמי פני השטח של חומרי הגרפיט בעזרת אלכוהול או אצטון. במקרה של הלחמה באמצעות עיבוד משטחי, יש לרסס שכבה של ניקל, נחושת או שכבה של טיטניום, זרב או מוליבדן דיסיליקיד על פני השטח של הגרפיט באמצעות ריסוס פלזמה, ולאחר מכן יש להשתמש במתכת מילוי מבוססת נחושת או במתכת מילוי מבוססת כסף להלחמה. הלחמה ישירה עם הלחמה פעילה היא השיטה הנפוצה ביותר כיום. ניתן לבחור את טמפרטורת ההלחמה בהתאם להלחמה המופיעה בטבלה 16. ניתן להדק את ההלחמה באמצע החיבור המולחם או ליד קצה אחד. בעת הלחמה עם מתכת בעלת מקדם התפשטות תרמית גדול, ניתן להשתמש במולקולת מונוסודיום או טיטניום בעובי מסוים כשכבת חיץ ביניים. שכבת המעבר יכולה לייצר עיוות פלסטי במהלך חימום ההלחמה, לספוג עומס תרמי ולמנוע סדקים בגרפיט. לדוגמה, מוליבדן (Mo) משמש כחיבור מעבר להלחמת ואקום של רכיבי גרפיט והסטלוין. נעשה שימוש בהלחמת B-pd60ni35cr5 בעלת עמידות טובה בפני קורוזיה וקרינה של מלח מותך. טמפרטורת ההלחמה היא 1260 מעלות צלזיוס והטמפרטורה נשמרת למשך 10 דקות.

ניתן להלחים יהלום טבעי ישירות עם b-ag68.8cu16.7ti4.5, b-ag66cu26ti8 וחומרי הלחמה פעילים אחרים. יש לבצע את ההלחמה תחת ואקום או הגנה נמוכה של ארגון. טמפרטורת ההלחמה לא צריכה לעלות על 850 מעלות צלזיוס, ויש לבחור קצב חימום מהיר יותר. זמן ההחזקה בטמפרטורת ההלחמה לא צריך להיות ארוך מדי (בדרך כלל כ-10 שניות) כדי למנוע היווצרות שכבת טיק רציפה בממשק. בעת הלחמת יהלום ופלדת סגסוגת, יש להוסיף שכבת ביניים מפלסטיק או שכבת סגסוגת בעלת התפשטות נמוכה למעבר כדי למנוע נזק לגרגרי היהלום הנגרם כתוצאה ממאמץ תרמי מוגזם. כלי החריטה או כלי הקידוח לעיבוד מדויק במיוחד מיוצרים בתהליך הלחמה, שבו מולחמים 20 ~ 100 מ"ג של יהלום חלקיקים קטנים על גוף הפלדה, וחוזק החיבור של החיבור מגיע ל-200 ~ 250 מגה פסקל.

ניתן להלחים יהלום פוליקריסטלי בלהבה, בתדירות גבוהה או בוואקום. יש לאמץ הלחמת תדירות גבוהה או הלחמת להבה לחיתוך מתכת או אבן באמצעות להב מסור עגול יהלום. יש לבחור מתכת מילוי להלחמה פעילה Ag Cu Ti בעלת נקודת התכה נמוכה. יש לשלוט בטמפרטורת ההלחמה מתחת ל-850 מעלות צלזיוס, זמן החימום לא יהיה ארוך מדי, ויש לאמץ קצב קירור איטי. לחתיכות יהלום פוליקריסטלי המשמשות בקידוחי נפט וגיאולוגיה יש תנאי עבודה ירודים ונושאות עומסי פגיעות עצומים. ניתן לבחור מתכת מילוי להלחמה על בסיס ניקל וניתן להשתמש בנייר נחושת טהור כשכבת ביניים להלחמת ואקום. לדוגמה, יהלום פוליקריסטלי עמודתי בקוטר 4.5 ~ 4.5 מ"מ מולחם לתוך ניקובים של פלדת 35CrMo או 40CrNiMo ליצירת שיניים חיתוך. הלחמת ואקום מאומצת, ומידת 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, יש להשתמש במשקל העצמי של החומר הריתוך להרכבה ולמיקום ככל האפשר, על מנת לגרום לחלק המתכת ללחוץ על הגרפיט או החומר הפוליקריסטלי בחלקו העליון. בעת שימוש במתקן למיקום, חומר המתקן צריך להיות חומר בעל מקדם התפשטות תרמית דומה לזה של החומר הריתוך.