다이아몬드 공구 제조의 브레이징 및 확산 용접

서문

다이아몬드는 높은 경도, 강한 내마모성, 높은 열전도율, 낮은 열팽창계수로 잘 알려져 있어 절삭 및 연삭 공구에 최적의 소재입니다.

다이아몬드 공구는 톱날, 드릴 비트, 마감 공구, 와이어 드로잉 다이 등 단단하고 부서지기 쉬운 재료를 절단하고 연마하는 데 널리 사용됩니다. 다이아몬드 공구는 석재 절단, 3C 가공, 지질 탐사, 자동차 제조, 방위 산업 등의 산업에서 일반적으로 사용됩니다.

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현재 가장 일반적으로 사용되는 다이아몬드 공구는 단결정 다이아몬드 공구(SD), 다결정 다이아몬드 공구(PCD), 다이아몬드 코팅 도구 (CVD).

단결정 다이아몬드 공구는 천연 다이아몬드와 인조 단결정 다이아몬드로 만들 수 있습니다. 반면에 다결정 다이아몬드 공구는 일반적으로 합성 다이아몬드로 만들어집니다.

다이아몬드 코팅 공구는 다이아몬드 코팅 두께에 따라 다이아몬드 후막 공구(다이아몬드 막 두께가 300µm 이상)와 다이아몬드 필름 공구(다이아몬드 막 두께가 20µm 미만)로 나뉩니다.

그림 1은 다이아몬드 공구의 분류를 보여주고, 그림 2는 몇 가지 일반적인 다이아몬드 공구를 보여줍니다.

다이아몬드를 특정 특성을 가진 다이아몬드 공구로 변환하는 과정은 매우 중요한 기술입니다. 이 글에서는 현재 다이아몬드 공구를 준비하는 방법을 요약하고 국내외 다이아몬드 공구의 브레이징 및 확산 용접에 대한 연구 진행 상황을 개괄적으로 소개합니다. 또한 다이아몬드 공구의 미래 전망에 대해서도 살펴봅니다. 용접 기술.

그림 1 다이아몬드 공구의 분류

그림.2 일반적으로 사용되는 다이아몬드 도구

1. 다이아몬드 공구의 주요 준비 방법

다이아몬드 하나만으로는 적합한 공구가 아니며 인성이 높은 재료와 결합해야 합니다. 다이아몬드 공구의 생산에는 일반적으로 소결, 전기 도금, 브레이징 및 확산 용접과 같은 방법이 사용됩니다.

소결 공정은 매트릭스 파우더와 다이아몬드를 특정 비율로 혼합한 다음 소결로에서 혼합물을 압력 소결하여 다이아몬드 공구를 생산하는 과정입니다.

핫 프레스 소결은 다이아몬드 커팅 헤드, 연삭 휠, 와이어 톱과 같은 다층 다이아몬드 공구를 제조하는 데 사용되는 일반적인 기술입니다.

소결을 통해 생성된 다이아몬드 매트릭스는 다이아몬드와의 결합 강도가 낮고 매트릭스 내에 더 많은 다이아몬드 입자가 내장되어 있습니다. 이 방법은 단단하고 부서지기 쉬운 재료를 절단하고 연마하는 데 자주 사용됩니다.

전기 도금 다이아몬드 공구는 전기 도금 공정을 사용하여 다이아몬드 입자를 기판에 증착된 금속 코팅에 고정하는 방식으로 만들어집니다. 그러나 이러한 공구에 사용되는 도금 금속은 다이아몬드에 대한 고정력이 약하여 노출 높이가 낮고 무거운 연삭 하중을 받으면 다이아몬드 연마 입자가 떨어지는 경향이 있습니다.

반면에 브레이징 다이아몬드 공구는 다이아몬드와 매트릭스를 브레이징으로 연결하여 만듭니다. 다이아몬드와 매트릭스 사이의 결합이 강하고 내구성이 뛰어나 사용 중 다이아몬드가 떨어질 가능성이 적습니다.

또한 브레이징 다이아몬드 공구는 연마 입자의 노출 높이가 크고(이론상 최대 연마 입자 높이가 70% 이상), 칩 공간이 충분하며, 열을 효과적으로 방출하는 등 여러 가지 장점이 있습니다. 이러한 도구는 무거운 하중을 처리할 수 있으며 고속 및 효율적인 연삭에 사용할 수 있습니다.

다이아몬드 공구를 만드는 브레이징 방법은 1975년 초에 특허를 받았으며 이후 국내외 연구자들로부터 주목을 받고 있습니다. 합성 다이아몬드 간의 연결성을 향상시킬 수 있는 유망한 기술로 꼽힙니다.

반면 확산 용접은 고온과 고압 하에서 접촉 부위 표면에 원자가 확산되어 원자의 결합과 안전한 연결을 유도하는 고체 연결 방식입니다.

진공 확산 용접은 일반적으로 용접되는 모재의 용융 온도(Tm)의 0.6~0.8배 온도에서 이루어집니다. 이 방법은 다음에 적합합니다. 용접 재료 초경합금 및 PDC 복합 시트와 커터 포스트 매트릭스와 같이 열팽창 계수 차이가 큰 소재를 사용합니다.

표 1에는 다양한 준비 방법의 장단점이 요약되어 있습니다.

표 1 여러 가지 준비 방법 비교

2. 다이아몬드 공구의 브레이징 공정

현재 다이아몬드 공구에는 진공 브레이징, 용광로 브레이징, 염욕 브레이징, 화염 브레이징 등 다양한 브레이징 방법을 사용할 수 있습니다, 레이저 브레이징저항 납땜, 고주파 및 진공 유도 납땜 등 다양한 납땜 기술을 제공합니다.

다이아몬드 공구의 결합 강도는 공구의 성능과 수명을 결정하는 데 매우 중요합니다.

납땜 산화를 방지하기 위해 다이아몬드 공구는 일반적으로 고진공 또는 불활성 가스 환경에서 납땜을 합니다.

이를 위해서는 진공 또는 가스 차폐 용접 환경을 유지할 수 있는 특수 용광로가 필요합니다.

퍼니스 브레이징은 일반적으로 균일한 열 분포를 위해 저항 복사 가열을 사용하므로 복잡한 구조나 큰 크기의 다이아몬드 공구를 브레이징할 수 있습니다.

진공에서 납땜된 단층 다이아몬드 공구는 주로 드레싱 공구, 연삭 휠, 석재 공구 및 유리 공구 생산에 사용됩니다.

진공 브레이징과 용광로 브레이징 모두 대량 생산에 적합합니다.

암모니아 분해 가스는 일반적으로 환원제로서 연속 대기 용광로 브레이징에 사용됩니다. 이 방법은 가열 속도가 느리기 때문에 온도 분포가 균일한 것으로 알려져 있습니다. 생산된 브레이징 조인트는 미적으로 보기 좋고 품질이 안정적이며 공작물 표면이 밝습니다. 또한 이 방법은 생산 효율이 높고 용접 비용이 저렴합니다.

일반적으로 소형 톱날 및 특수 모양의 다이아몬드 공구 생산에 적용됩니다.

반면 염수조 납땜은 온도가 낮고 가열 속도가 빠르고 균일하여 다이아몬드의 흑연화 정도가 낮아 대량 생산에 적합합니다.

그러나 염수조 납땜 공정은 번거롭고 용접 후 공작물에 잔류 플럭스가 남게 됩니다. 또한 이 공정은 세척 과정에서 다량의 폐수를 발생시켜 환경 오염을 유발합니다. 염수 브레이징을 위한 장비도 비싸고 생산 주기도 길어집니다. 이러한 다이아몬드 공구 브레이징 방식은 친환경 제조의 개념에 부합하지 않습니다.

초기에 개발된 방법인 화염 브레이징은 간단하고 가벼운 장비가 필요하며 다양한 가스 공급원을 사용하여 공정 비용이 저렴합니다. 하지만 가열 온도를 제어하기 어렵다는 단점이 있어 주류 시장에서 점차 퇴출되고 있습니다.

레이저 브레이징은 레이저에 의한 국부 가열이 빠르고 고온에서 다이아몬드의 노출 시간이 짧아 흑연화 정도가 낮습니다. 이 방법은 높은 가열 효율, 쉬운 온도 제어, 작은 열 영향 영역, 복잡한 표면 처리 능력, 다이아몬드 입자의 질서 정연한 배열, 높은 수준의 자동화 및 유리한 작업 환경 등 여러 가지 장점이 있습니다.

또한 레이저 브레이징은 크고 복잡한 공작물을 용접할 때 고주파 유도 브레이징의 근접 및 피부 효과를 피하는 데 도움이 됩니다. 그러나 가열 시간이 짧으면 다이아몬드 연마 입자와 필러 금속 사이 또는 필러 금속과 매트릭스 사이에 연속 반응 층 또는 확산 층이 형성되지 않아 다이아몬드 입자에 대한 필러 금속의 유지력이 감소할 수 있습니다.

저항 브레이징은 종종 호닝 바를 납땜하는 데 사용되며 좋은 품질의 용접 품질. 그러나 커터 헤드의 온도가 상대적으로 높기 때문에 용접 프로세스다이아몬드의 수명에 영향을 미치는 이 방법은 많은 기업에서 널리 사용되지 않습니다.

반면 고주파 유도 납땜은 빠른 가열 속도, 높은 납땜 효율, 낮은 생산 비용, 간단한 조작, 낮은 노동 강도 및 다양한 납땜 기능으로 알려져 있습니다. 복잡한 모양 및 다중 톱니 공작물에 적합합니다. 자동 공급, 대기 보호 또는 진공 유도 납땜과 결합하면 조인트의 외관과 납땜 품질이 우수해집니다.

결론적으로, 유도 납땜은 다이아몬드 공구를 위한 유망한 납땜 방법입니다.

3. 다이아몬드 공구용 브레이징 장비

3.1 진공 브레이징로 장비

진공 브레이징로는 다이아몬드 공구 제조에 가장 널리 사용되는 장비입니다. 일괄 생산이 가능하고 안정적이고 반복 가능한 작업 프로세스를 제공합니다.

그러나 기존의 진공로는 캐비티 공간이 제한되어 있고 대부분의 국내 모델은 챔버가 하나뿐이어서 소규모 생산에만 적합했습니다.

기술의 발전으로 연속 진공 납땜로, 진공 유도 납땜로, 고온 벽 진공 납땜로 등 다기능 진공 용광로가 개발되었습니다.

3.2 제어된 분위기에서 연속 납땜을 위한 완벽한 장비 세트

메쉬 벨트 연속 터널 용광로를 대표로 삼아 이러한 유형의 완전한 장비는 다음 분야에서 널리 사용됩니다. 어닐링 그리고 밝은 열처리 공정. 퍼니스는 공급, 가열, 냉각 및 배출 영역으로 구성됩니다. 브레이징 공정 동안 공작물은 암모니아 분해 분위기로 보호됩니다.

이 장비는 연속 가열, 공작물의 가열 시간 조절 가능, 높은 생산 효율성, 대량 생산 용이성, 작업자 노동 강도 감소, 자동화 등 여러 가지 장점을 제공합니다.

완전 제어 가능한 대기 연속 납땜 장비는 화학 산업, 기계, 제어 및 전기로 납땜과 같은 다양한 전문 기술을 통합하여 자동, 연속, 고효율, 고품질 및 저비용 납땜 생산을 위한 기술 지원을 대량으로 제공합니다.

3.3 레이저 납땜 장비

레이저 브레이징은 레이저를 열원으로 사용하는 납땜 기술로, 레이저가 핵심 구성 요소입니다.

레이저는 작업 재료의 종류에 따라 가스 레이저(CO2 가스 레이저 등), 액체 레이저, 반도체 레이저, 고체 레이저(Nd: YAG 레이저 등), 파이버 레이저, 자유 전자 레이저 등 여러 종류로 분류할 수 있습니다.

이 중 파이버 레이저는 통신, 센싱, 레이저 재료 가공 등 다양한 분야에서 빠르게 발전하며 널리 사용되고 있습니다.

향후 파이버 레이저에 대한 연구는 변환 효율, 품질, 안정성을 개선하고 크기를 더 작게 만드는 데 초점을 맞출 것입니다.

파이버 레이저의 중점 연구 분야에는 더 작은 듀티 사이클, 고출력, 초단 펄스 모드 잠금 파이버 레이저가 포함됩니다. 펨토초 펄스 파이버 레이저, 광대역 출력 파이버 레이저, 튜너블 파이버 레이저가 있습니다.

용접에 사용되는 레이저 빔은 펄스 파형에서 연속 파형으로 진화했습니다.

초기에는 펄스 출력을 가진 고체 레이저가 용접에 사용되었지만 최근에는 고출력 연속 CO2 가스 레이저와 고체 Nd : YAG 레이저가 다음과 같이 대중화되었습니다. 용접 열 출처.

다이아몬드는 합금 필러 금속에 비해 레이저 빔에 대한 흡수율이 낮기 때문에 다이아몬드 공구를 납땜하려면 고에너지 밀도 레이저를 선택해야 합니다.

펄스 레이저를 용접 열 소스를 사용하면 프로세스 매개변수가 더 복잡해집니다.

현재 레이저 브레이징 다이아몬드에 대한 연구는 주로 CO2 연속 레이저를 사용하고 있지만 이 분야에 대한 연구는 제한적입니다.

3.4 고주파 유도 납땜 장비

고주파 유도 납땜 장비의 핵심 구성 요소는 유도 가열 전원 공급 장치입니다.

최신 유도 가열 전원 공급 장치는 더 높은 전력, 더 높은 주파수, 더 높은 지능을 향해 진화하고 있습니다.

향후에는 현장 운용에 적합하고 효율이 높으며 에너지를 절약할 수 있는 소형화된 유도가열 전원 공급 시스템을 개발하는 것이 목표입니다.

다이아몬드 공구 제조의 인건비 상승과 다이아몬드 공구의 납땜 품질 안정성 개선의 필요성으로 인해 자동 유도 납땜은 다이아몬드 톱 공구 용접의 주요 방법이 되었습니다.

다이아몬드 공구의 자동 유도 납땜을 통해 자동 치아 분할, 커터 헤드의 자동 식별 및 선택, 용접 패드의 자동 전달이 가능합니다.

이 방법은 높은 용접 정확도, 강력한 브레이징 조인트, 긴 서비스 수명을 제공합니다. 한 명의 작업자가 여러 대의 기계를 관리할 수 있어 인건비를 크게 절감할 수 있습니다.

4. 다이아몬드 공구의 브레이징 메커니즘

다이아몬드 공구를 납땜하는 원리는 탄소와 친화력이 높은 원소(예 티타늄, 크롬, 지르코늄 등)를 사용하여 브레이징 중 화학 반응을 통해 탄화물을 생성하여 다이아몬드, 필러 금속 및 매트릭스 간의 야금학적 결합을 달성합니다.

다이아몬드 공구를 납땜할 때는 납땜 기술과 재료가 가장 중요합니다.

브레이징 다이아몬드는 일반적인 금속 필러 금속이 다이아몬드 표면에 달라붙기 어렵기 때문에 브레이징이 까다롭습니다.

현재 활성 금속 브레이징 또는 다이아몬드 표면 금속화는 다이아몬드와 금속 사이의 납땜 성능을 향상시키는 데 사용되는 주요 방법입니다.

4.1 능동 금속 납땜

활성 금속 브레이징 방식은 티타늄, 지르코늄, 크롬, 바나듐과 같은 활성 원소를 필러 금속에 통합하여 다이아몬드를 결합하는 방식입니다. 강한 탄화물을 형성하는 것으로 알려진 이러한 원소는 필러 금속과 화학적으로 반응하여 탄화물을 형성하고 다이아몬드와 필러 금속 사이에 야금학적 결합을 형성합니다. 그런 다음 다이아몬드는 브레이징된 필러 금속을 통해 금속 기판에 부착됩니다.

이 방법으로 납땜한 다이아몬드 조인트의 설계는 그림 3을 참조하세요.

그림 3 인터페이스 브레이징 다이아몬드 조인트

Ti를 함유한 합금(예: Ag Cu Ti 및 Cu Sn Ti)은 일반적으로 활성 땜납으로 사용됩니다. 한편, Cr이 포함된 Ag Cu Cr 및 Ni Cr 합금은 불활성 가스 또는 진공을 사용하여 납땜합니다.

상대적으로 높은 화학적 친화력으로 인해 Ti, Cr, C는 인터페이스에서 TiC 및 Cr-C와 같은 탄화물을 형성하는 데 중요한 역할을 합니다. 이것이 궁극적으로 다이아몬드, 필러 금속, 매트릭스 사이의 야금학적 연결로 이어집니다.

4.2 다이아몬드 표면의 금속화 처리

다이아몬드 표면의 금속 활성화 처리는 금속과 유사한 특성을 부여하여 다이아몬드가 금속 필러와 쉽게 결합할 수 있도록 합니다.

표면 금속화 공정은 화학 도금 및 전기 도금, 진공 증착, 플라즈마 스퍼터링, 마그네트론 스퍼터링, 화학 기상 증착, 물리적 기상 증착, 기계적 코팅 등 여러 가지 방법을 통해 달성할 수 있습니다.

화학 도금과 전기 도금, 진공 증착이 가장 일반적으로 사용되는 방법입니다.

일반적으로 Ti, Cr, W, Mo와 같은 활성도가 높은 금속이 금속화를 위해 선택됩니다.

금속 코팅은 다이아몬드와 매트릭스 사이의 야금학적 결합을 강화하여 공구 매트릭스에서 다이아몬드 입자의 유지력을 향상시킵니다.

5. 다이아몬드 공구 납땜용 땜납

납땜 조인트 또는 인터페이스의 강도는 주로 납땜 재료와 납땜 프로세스라는 두 가지 요소에 의해 결정됩니다.

일반적인 금속 땜납은 다이아몬드 표면에 젖어 퍼지기 어렵고, 다이아몬드 표면에서 니켈의 젖음 각도는 고온에서 제한됩니다.

구리는 고온에서 다이아몬드 표면을 젖게 하지 않지만 티타늄을 구리에 첨가하면 다이아몬드 표면의 젖음성이 크게 향상됩니다.

현재 다이아몬드에 사용되는 브레이징 필러 금속은 다음과 같습니다. 도구 브레이징 은 크게 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다: Ni-기반 고융점 합금 브레이징 필러 금속(예: Ni-Cr)과 Ag 기반 및 Cu 기반 저융점 합금 브레이징 필러 금속(예: Cu-Sn-Ti, Ag-Cu-Ti 및 Ag-Cu-Cr)입니다.

5.1 니켈 베이스 땜납

브레이징에 사용되는 니켈 기반 필러 금속 층은 경도가 높고 내식성이 우수하며 내마모성이 뛰어나고 고온 성능이 우수하여 항공우주 산업에서 널리 활용되고 있습니다.

니켈 기반 솔더는 처음 개발된 이래 기본 특성과 응용 분야 모두에서 수많은 연구가 진행되어 왔으며, 상업적 개발에 많은 관심을 기울여 왔습니다.

다이아몬드 공구를 납땜하는 데 가장 일반적으로 사용되는 필러 금속 중 하나는 Ni-Cr 합금입니다.

다이아몬드 공구와 니켈 기반 필러 금속의 장점을 결합하여 이러한 재료로 브레이징하면 고강도 절삭, 연삭 및 연삭에 이상적인 공구를 만들 수 있습니다. 드릴링.

1975년, J.T. 로더와 동료들은 Ni-Cr 합금 필러 금속을 사용하여 다이아몬드 공구를 브레이징하는 연구를 시작했습니다.

그 후 Wiand 등은 진공 브레이징 코팅된 다이아몬드의 강도에 대한 다양한 금속 분말(Ni, Cr, B, Si, Fe, Mo 등)과 브레이징 매개변수(온도, 유지 시간 등)의 영향을 조사했습니다.

스위스의 K. 차토파디야가 이끄는 연구팀은 먼저 강철 기판에 Ni-Cr 합금 불꽃을 분사한 다음 유도 납땜을 사용하여 아르곤 보호 아래 다이아몬드와 강철 기판을 연결했습니다. 그들은 필러 금속의 양과 습윤성 및 강도 사이의 관계를 연구했습니다.

중국에서 린 젠동과 그의 동료들은 Ni-Cr-P 필러 금속을 사용하여 다이아몬드 공구를 납땜하고 납땜 과정을 설명했습니다.

그 결과 납땜 온도는 납땜 합금의 용융 온도보다 50~100°C 높아야 하고, 유지 시간은 짧아야 하며, 노출된 다이아몬드의 높이는 사용된 땜납의 양에 반비례한다는 것을 알 수 있었습니다.

샤오 빙, 펑 보장 및 다른 학자들은 다이아몬드를 Ni-Cr 필러 금속으로 납땜할 때 인터페이스가 이중층 구조를 가지며 내부 층이 Cr로 이루어져 있다는 것을 발견했습니다.₃C₂ 의 외부 층과 Cr₇C₃.

루진빈과 그의 팀은 다이아몬드를 Ni-Cr 필러 금속으로 납땜할 때, Cr7C₃ 인터페이스에서 생성된 것은 슛과 같은 형태를 취하고, Cr₃C₂ 는 시트와 같은 형태를 취합니다.

5.2 구리 기반 땜납

납땜에 니켈 기반 필러 금속을 사용하면 높은 납땜 온도 다이아몬드의 흑연화를 유발하고 열 안정성을 해칠 수 있습니다.

우수한 작업 환경과 낮은 내마모성이 요구되는 애플리케이션의 경우, 다이아몬드의 흑연화를 줄여주는 구리 기반 또는 은 기반 필러 금속이 더 나은 선택입니다.

파키스탄의 A. Khalid 등의 연구에서는 구리 기반 활성 필러 금속(Cu-14.3Sn-10.2Ti-1.5Zr)을 사용하여 다이아몬드의 진공 브레이징을 달성했습니다.

연구 결과 다이아몬드와 필러 금속 사이의 계면이 200nm 두께의 이중층 TiC 구조를 생성하는 것으로 나타났습니다. 이 구조는 다이아몬드 근처의 50~70nm 두께의 TiC 입자와 필러 금속 근처의 100~200nm 두께의 원주형 TiC로 구성되었습니다.

온도 또는 반응 시간이 증가하면 필러 금속의 측면에서는 원주형 TiC가 성장하는 반면 다이아몬드 측면의 TiC 입자 층은 변하지 않습니다.

S. Buhl과 동료들은 단결정 다이아몬드의 브레이징을 달성하기 위해 Cu-14.4Sn-10.2Ti-1.5Zr 충전재 금속을 활용하고 브레이징 매개 변수와 브레이징 매개 변수 간의 관계를 조사했습니다. 잔류 스트레스 관절의 강도.

납땜 온도가 880℃에서 930℃로 상승함에 따라 다이아몬드 접합부의 전단 강도는 321MPa에서 78MPa로 감소했습니다.

W. C. Li와 동료들은 Cu-10Sn-15Ti 합금 땜납을 사용하여 925℃/5분 및 1050℃/5분의 온도에서 다이아몬드를 브레이징하여 계면에 약 500nm 두께의 연속적인 TiC 층을 형성했습니다. S. F. Huang과 동료들은 Cu-10Sn-15Ti 필러 금속을 사용하여 진공 및 레이저 브레이징이 다이아몬드 계면의 미세 구조에 미치는 영향을 비교했습니다.

진공 조건에서 TiC 전이 층은 연속적입니다. 그러나 레이저 브레이징 중 반응 시간이 짧기 때문에 다이아몬드에서 생성되는 반응 생성물이 더 적습니다.

시안교통대학의 멍 웨이루와 동료들은 다이아몬드 공구의 진공 브레이징을 위해 BNi-2, BNi-7, CuSnNiTi와 같은 필러 금속을 사용했습니다.

비교 결과, CuSnNiTi 필러 금속은 용융 온도가 낮고 다이아몬드 표면의 습윤성이 우수하며 다이아몬드에 열 손상을 최소화하고 유지력이 높으며 다이아몬드 공구에 대한 활용도가 높은 것으로 나타났습니다.

5.3 은 기반 솔더

다이아몬드 공구에 사용되는 브레이징 필러 금속은 일반적으로 은(Ag)과 구리(Cu)의 공융 합금에 Ti 및 Zr과 같은 활성 원소를 첨가한 은 기반 합금입니다. 이 Ag 기반 합금은 녹는점이 낮고 다이아몬드와의 습윤성이 우수합니다.

하얼빈과학기술대학교, 옌산대학교, 하얼빈공과대학교, 난징항공우주대학교의 연구원들은 Ag 기반 필러 금속으로 다이아몬드를 브레이징하는 연구를 수행한 결과, 브레이징 조건에서 Ti와 C 사이에 화학 반응이 일어나 필러 금속과 다이아몬드 사이에 야금학적 결합을 생성하는 TiC 화합물이 형성된다는 비슷한 결론에 도달했습니다.

정저우 기계 연구소(Zhengzhou Machinery Research Institute Co., Ltd.)의 브레이징 국가 핵심 실험실 팀은 일반적으로 사용되는 Ag 기반 솔더를 분석했습니다. 솔더에서 Ag, Cu, Zn, Cd, Ni, Co, Mn과 같은 원소의 역할과 특성을 바탕으로 10가지 이상의 솔더를 준비하고 용융 온도, 강도 및 납땜 공정을 연구했습니다.

다양한 작업 조건에서 PCD 공구를 납땜하는 데 적합한 일련의 솔더가 개발되었습니다. 그러나 Ag 금속의 높은 비용과 진공도 측면에서 Ti 원소에 대한 엄격한 요구 사항으로 인한 높은 납땜 비용으로 인해 적용이 제한되었습니다.

또한 다이아몬드에 대한 필러 금속의 그립력이 약하여 사용 중에 떨어지기 쉬우므로 다이아몬드 공구 브레이징에 사용하는 데 제한이 있습니다. 은 기반 솔더는 낮은 내마모성이 요구되는 예외적인 경우에 사용됩니다. 표 2는 여러 가지 솔더의 장단점을 비교한 것입니다.

표 2 여러 가지의 장점과 단점 브레이징 필러 금속

6. 다이아몬드 공구의 확산 용접 연결

확산 용접은 모재에 필적하는 접합 특성을 가지므로 다음과 같은 경우에 이상적입니다. 이종 재료 용접. 진공 확산 용접 조인트 는 높은 강도, 탁월한 열 안정성, 강력한 내진성을 자랑합니다.

다이아몬드 공구 생산에서 확산 용접은 일반적으로 PDC 지질 비트를 연결하는 데 사용됩니다. 이는 비트의 품질을 향상시킬 뿐만 아니라 다음을 개선합니다. 용접 강도를 사용하면 비트의 영상 깊이도 증가합니다.

확산 용접은 PDC 비트의 성능을 향상시키고 수명을 연장하는 효과적인 방법입니다. 바르나도와 동료들은 PDC를 25~50μm 두께의 니켈 금속 층으로 코팅하고 650℃, 214MPa에서 4시간 동안 진공 확산 용접을 수행하여 접합 전단 강도가 413~551MPa에 달하도록 했습니다.

치우 후이중과 팀은 단방향 압력 확산 용접과 열간 등압 확산 용접을 활용하여 PDC와 텅스텐 카바이드 기둥 사이의 고강도 연결을 달성하여 PDC 비트의 요구 사항을 충족했습니다.

PDC와 텅스텐 카바이드의 연결 강도는 단방향 압력 확산 용접으로 680℃에서 약 500MPa에 달했으며, 열간 등방성 압력 확산 용접은 완성된 드릴 비트의 내마모성을 크게 감소시키지 않으면서 절삭 톱니의 안정성과 신뢰성을 보장했습니다. 현장 테스트를 통해 제품의 우수한 품질을 확인했습니다.

Liu Jie와 동료들은 이러한 비트의 문제를 해결하고 성능과 수명을 개선하기 위해 PDC(다결정 다이아몬드 복합재) 비트에 대한 진공 확산 용접 테스트를 실시했습니다. 이들의 연구는 진공 확산 용접을 사용하여 복합재를 비트에 연결할 수 있는 가능성을 확인했습니다.

선 펑리안과 동료들은 확산 용접과 브레이징을 결합하여 두꺼운 CVD(화학 기상 증착) 다이아몬드 필름을 다음과 같이 연결했습니다. 초경합금. 그들은 층간 재료로 Ti 호일과 Ag Cu 호일을 사용하고 진공 방사 가열로 용접 공정을 수행했습니다.

다이아몬드와 중간층 사이의 계면에서 C와 Ti 원소가 상호 확산되어 화합물 TiC가 형성되었습니다.

차오 페이신과 동료들은 진공 열간 프레스 소결을 통해 사전 합금 분말을 추가하여 다이아몬드와 매트릭스 합금 사이의 연결을 개선했습니다. 그들은 사전 합금 분말을 사용한 이 확산 브레이징 연결이 다이아몬드 공구를 향상시키는 데 효과적인 방법이라는 것을 발견했습니다.

확산 용접 공정은 복잡하고 시간이 많이 걸리며 필요한 장비가 고가이기 때문에 용접 비용이 많이 듭니다.

현재 진공 확산 용접은 주로 진동 요구 사항이 까다로운 고강도 지질 드릴 비트 용접에 활용되고 있으며, 일반 다이아몬드 공구 양산에는 아직 적용되지 않고 있습니다.

브레이징 및 확산 용접은 뛰어난 공정 특성으로 인해 탄소와 금속과 같은 이질적인 재료를 연결할 때 고유한 이점을 가지고 있습니다. 이러한 방법은 다이아몬드 공구 개발의 주요 연구 분야가 될 것입니다.

브레이징 다이아몬드 공구에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며 다양한 접근 방식이 있습니다. 현재는 자동화, 지속 가능성, 프로세스 통합, 품질과 비용 효율성에 중점을 두는 방향으로 나아가고 있습니다.

다이아몬드 공구의 확산 용접은 아직 특수 공구 연결에 국한되어 있으며 추가 개발이 필요합니다.