(1) Đặc điểm hàn: Các vấn đề liên quan đến việc hàn đa tinh thể than chì và kim cương rất giống với các vấn đề gặp phải trong việc hàn gốm. So với kim loại, chất hàn khó thấm ướt vật liệu đa tinh thể than chì và kim cương, và hệ số giãn nở nhiệt của nó rất khác so với vật liệu kết cấu thông thường. Cả hai đều được nung nóng trực tiếp trong không khí, và quá trình oxy hóa hoặc cacbon hóa sẽ xảy ra khi nhiệt độ vượt quá 400 ℃. Do đó, cần phải sử dụng phương pháp hàn chân không, và độ chân không không được nhỏ hơn 10-1pa. Vì độ bền của cả hai đều không cao, nếu có ứng suất nhiệt trong quá trình hàn, có thể xảy ra nứt. Cố gắng chọn kim loại hàn có hệ số giãn nở nhiệt thấp và kiểm soát chặt chẽ tốc độ làm nguội. Do bề mặt của các vật liệu này khó bị thấm ướt bởi các kim loại hàn thông thường, nên có thể phủ một lớp W, Mo và các nguyên tố khác có độ dày từ 2,5 đến 12,5 µm lên bề mặt của vật liệu đa tinh thể than chì và kim cương bằng phương pháp biến đổi bề mặt (phủ chân không, phun ion, phun plasma và các phương pháp khác) trước khi hàn và tạo thành các cacbua tương ứng với chúng, hoặc có thể sử dụng các kim loại hàn có hoạt tính cao.
Than chì và kim cương có nhiều loại, khác nhau về kích thước hạt, mật độ, độ tinh khiết và các khía cạnh khác, và có đặc tính hàn khác nhau. Ngoài ra, nếu nhiệt độ của vật liệu kim cương đa tinh thể vượt quá 1000 ℃, tỷ lệ mài mòn đa tinh thể bắt đầu giảm, và tỷ lệ mài mòn giảm hơn 50% khi nhiệt độ vượt quá 1200 ℃. Do đó, khi hàn chân không kim cương, nhiệt độ hàn phải được kiểm soát dưới 1200 ℃, và độ chân không không được nhỏ hơn 5 × 10-2 Pa.
(2) Việc lựa chọn kim loại hàn chủ yếu dựa trên mục đích sử dụng và xử lý bề mặt. Khi được sử dụng làm vật liệu chịu nhiệt, cần chọn kim loại hàn có nhiệt độ hàn cao và khả năng chịu nhiệt tốt; Đối với vật liệu chống ăn mòn hóa học, cần chọn kim loại hàn có nhiệt độ hàn thấp và khả năng chống ăn mòn tốt. Đối với than chì sau khi xử lý mạ kim loại bề mặt, có thể sử dụng chất hàn đồng nguyên chất có độ dẻo cao và khả năng chống ăn mòn tốt. Chất hàn hoạt tính gốc bạc và gốc đồng có khả năng thấm ướt và lưu động tốt với than chì và kim cương, nhưng nhiệt độ hoạt động của mối hàn khó vượt quá 400 ℃. Đối với các bộ phận bằng than chì và dụng cụ kim cương được sử dụng ở nhiệt độ từ 400 ℃ đến 800 ℃, thường sử dụng kim loại hàn gốc vàng, gốc paladi, gốc mangan hoặc gốc titan. Đối với các mối nối được sử dụng ở nhiệt độ từ 800 ℃ đến 1000 ℃, cần sử dụng kim loại hàn gốc niken hoặc gốc khoan. Khi sử dụng các thành phần than chì ở nhiệt độ trên 1000 ℃, có thể sử dụng các kim loại hàn nguyên chất (Ni, PD, Ti) hoặc các hợp kim kim loại hàn chứa molypden, Mo, Ta và các nguyên tố khác có thể tạo cacbua với cacbon.
Đối với than chì hoặc kim cương không qua xử lý bề mặt, các kim loại phụ hoạt tính trong bảng 16 có thể được sử dụng để hàn trực tiếp. Hầu hết các kim loại phụ này là hợp kim nhị phân hoặc tam phân gốc titan. Titan nguyên chất phản ứng mạnh với than chì, có thể tạo thành một lớp cacbua rất dày, và hệ số giãn nở tuyến tính của nó khác biệt đáng kể so với than chì, dễ gây nứt, vì vậy không thể sử dụng làm chất hàn. Việc thêm Cr và Ni vào Ti có thể làm giảm điểm nóng chảy và cải thiện khả năng thấm ướt với gốm. Ti là một hợp kim tam phân, chủ yếu bao gồm Ti-Zr, với sự bổ sung của TA, Nb và các nguyên tố khác. Nó có hệ số giãn nở tuyến tính thấp, có thể làm giảm ứng suất hàn. Hợp kim tam phân chủ yếu bao gồm Ti-Cu thích hợp cho việc hàn than chì và thép, và mối hàn có khả năng chống ăn mòn cao.
Bảng 16: Kim loại phụ dùng để hàn trực tiếp than chì và kim cương.
(3) Quy trình hàn Các phương pháp hàn than chì có thể được chia thành hai loại, một là hàn sau khi mạ kim loại bề mặt, và loại kia là hàn không cần xử lý bề mặt. Cho dù sử dụng phương pháp nào, mối hàn phải được xử lý trước khi lắp ráp, và các chất gây ô nhiễm trên bề mặt vật liệu than chì phải được lau sạch bằng cồn hoặc axeton. Trong trường hợp hàn mạ kim loại bề mặt, một lớp Ni, Cu hoặc một lớp Ti, Zr hoặc molypden disilicide sẽ được mạ lên bề mặt than chì bằng phương pháp phun plasma, sau đó sử dụng kim loại phụ gốc đồng hoặc kim loại phụ gốc bạc để hàn. Hàn trực tiếp bằng chất hàn hoạt tính là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Nhiệt độ hàn có thể được lựa chọn theo chất hàn được cung cấp trong bảng 16. Chất hàn có thể được kẹp ở giữa mối hàn hoặc gần một đầu. Khi hàn với kim loại có hệ số giãn nở nhiệt lớn, có thể sử dụng Mo hoặc Ti với độ dày nhất định làm lớp đệm trung gian. Lớp chuyển tiếp có thể tạo ra biến dạng dẻo trong quá trình gia nhiệt hàn, hấp thụ ứng suất nhiệt và tránh nứt than chì. Ví dụ, Mo được sử dụng làm mối nối chuyển tiếp cho quá trình hàn chân không các thành phần graphite và hastelloyn. Người ta sử dụng chất hàn B-pd60ni35cr5 có khả năng chống ăn mòn muối nóng chảy và bức xạ tốt. Nhiệt độ hàn là 1260 ℃ và nhiệt độ được giữ trong 10 phút.
Kim cương tự nhiên có thể được hàn trực tiếp với các chất hàn hoạt tính như b-ag68.8cu16.7ti4.5, b-ag66cu26ti8, v.v. Quá trình hàn phải được thực hiện trong môi trường chân không hoặc có hàm lượng argon thấp. Nhiệt độ hàn không được vượt quá 850 ℃, và nên chọn tốc độ gia nhiệt nhanh hơn. Thời gian giữ ở nhiệt độ hàn không được quá lâu (thường khoảng 10 giây) để tránh hình thành lớp crom liên tục tại giao diện. Khi hàn kim cương và thép hợp kim, cần thêm lớp trung gian bằng nhựa hoặc lớp hợp kim giãn nở thấp để chuyển tiếp, nhằm ngăn ngừa hư hại các hạt kim cương do ứng suất nhiệt quá cao. Dụng cụ tiện hoặc dụng cụ khoan dùng cho gia công siêu chính xác được chế tạo bằng quy trình hàn, trong đó hàn các hạt kim cương nhỏ có kích thước 20 ~ 100mg lên thân thép, và độ bền mối hàn đạt 200 ~ 250MPa.
Kim cương đa tinh thể có thể được hàn bằng ngọn lửa, tần số cao hoặc chân không. Hàn tần số cao hoặc hàn bằng ngọn lửa nên được áp dụng cho lưỡi cưa tròn kim cương cắt kim loại hoặc đá. Nên chọn kim loại hàn hoạt tính Ag-Cu-Ti có điểm nóng chảy thấp. Nhiệt độ hàn phải được kiểm soát dưới 850 ℃, thời gian gia nhiệt không được quá dài và tốc độ làm nguội phải chậm. Mũi khoan kim cương đa tinh thể được sử dụng trong khoan dầu khí và địa chất có điều kiện làm việc khắc nghiệt và chịu tải trọng va đập lớn. Có thể chọn kim loại hàn gốc niken và có thể sử dụng lá đồng nguyên chất làm lớp trung gian cho hàn chân không. Ví dụ, 350 ~ 400 viên nang kim cương đa tinh thể hình cột Ф 4,5 ~ 4,5mm được hàn vào các lỗ của thép 35CrMo hoặc 40CrNiMo để tạo thành răng cắt. Phương pháp hàn chân không được áp dụng, với độ chân không không nhỏ hơn 5 × 10⁻² Pa, nhiệt độ hàn là 1020 ± 5 ℃, thời gian giữ là 20 ± 2 phút, và độ bền cắt của mối hàn lớn hơn 200 MPa.
Trong quá trình hàn thiếc, trọng lượng bản thân của mối hàn phải được sử dụng tối đa để lắp ráp và định vị, sao cho phần kim loại ép chặt vào than chì hoặc vật liệu đa tinh thể ở phần trên. Khi sử dụng đồ gá để định vị, vật liệu của đồ gá phải là vật liệu có hệ số giãn nở nhiệt tương tự với mối hàn.
Thời gian đăng bài: 13/06/2022