흑연 및 다이아몬드 다결정 재료의 브레이징: 설명

1. 브레이징 특성

흑연 및 다이아몬드 다결정 재료의 브레이징은 세라믹 브레이징과 유사한 문제에 직면합니다.

브레이징 필러 금속은 금속에 비해 흑연 및 다이아몬드 다결정 재료의 습윤이 어렵고 열팽창 계수가 일반적인 구조용 재료와 크게 다릅니다. 공기 중에 직접 가열하면 온도가 400°C를 초과하면 산화 또는 탄화물 형성이 발생할 수 있습니다.

따라서 진공 브레이징 를 채택해야 하며 진공 수준은 10^-1 Pa. 흑연과 다이아몬드 다결정 재료는 모두 강도가 낮기 때문에 브레이징 중 열 응력이 발생하면 균열이 발생할 수 있습니다.

열팽창 계수가 낮은 필러 금속을 선택하고 냉각 속도를 엄격하게 제어하는 것이 중요합니다.

이러한 재료의 표면은 일반적으로 쉽게 젖지 않기 때문에 브레이징 필러 금속진공 코팅, 이온 스퍼터링 또는 플라즈마 스프레이와 같은 사전 납땜 표면 개질 방법을 사용하여 흑연 및 다이아몬드 다결정 재료 표면에 2.5-12.5um 두께의 W 및 Mo와 같은 원소 층을 증착하여 해당 탄화물 또는 고활성 납땜 충전재 금속을 형성하는 데 사용할 수 있습니다.

흑연과 다이아몬드는 입자 크기, 밀도, 순도 및 기타 측면이 다르고 납땜 특성이 다른 다양한 등급으로 제공됩니다.

또한 진공 환경에서 다이아몬드 다결정 재료의 경우 온도가 1000°C를 초과하면 마모율이 감소하기 시작하고 1200°C를 초과하면 마모율이 50% 이상 감소합니다.

따라서 다이아몬드를 진공 납땜할 때는 납땜 온도 진공 레벨이 5×10 이상인 1200°C 이하로 제어되어야 합니다.^-2 Pa.

2. 필러 금속 선택:

필러 금속의 선택은 주로 용도와 표면 처리 조건에 따라 달라집니다. 내열 재료로 사용하는 경우, 브레이징 온도가 높고 내열성이 우수한 브레이징 필러를 선택해야 합니다.

화학적 내식성 재료의 경우, 브레이징 온도가 낮고 내식성이 우수한 브레이징 필러를 선택해야 합니다. 표면 금속화 처리를 거친 흑연의 경우 연성 및 내식성 순수 구리 필러 금속을 사용할 수 있습니다.

은 기반 및 구리 기반 활성 필러 금속은 흑연과 다이아몬드 모두에서 습윤성과 유동성이 우수하지만, 브레이징 조인트의 사용 온도는 400°C를 초과해서는 안 됩니다.

400~800°C에서 사용되는 흑연 부품 및 다이아몬드 공구의 경우 일반적으로 금 기반, 팔라듐 기반, 망간 기반 또는 티타늄 기반 브레이징 필러가 사용됩니다. 800~1000°C에서 사용되는 조인트의 경우 니켈 기반 또는 텅스텐 기반 브레이징 필러가 선택됩니다.

흑연 성분을 1000°C 이상으로 사용하는 경우, 탄소와 탄화물을 형성할 수 있는 몰리브덴(Mo) 또는 탄탈륨(Ta) 등의 원소를 포함하는 순수 금속 필러 금속(Ni, Pd, Ti) 또는 합금 필러 금속을 사용할 수 있습니다.

흑연 또는 다이아몬드가 없는 경우 표면 처리표 16에 나열된 활성 브레이징 필러를 직접 브레이징에 사용할 수 있습니다. 이러한 필러 금속은 대부분 티타늄 기반의 2원 또는 3원 합금입니다. 순수 티타늄 는 흑연과 강하게 반응하여 두꺼운 탄화물 층을 형성하며, 선팽창 계수가 흑연과 크게 달라 균열이 형성될 수 있습니다.

따라서 필러 금속으로 사용할 수 없습니다. Ti에 Cr과 Ni를 첨가하면 녹는점을 낮추고 세라믹과의 습윤성을 개선할 수 있습니다. Ta 및 Nb와 같은 원소를 첨가한 Ti-Zr 기반 삼원 합금은 선팽창계수가 낮아 납땜 응력을 감소시킵니다.

주로 Ti-Cu를 기반으로 하는 삼원 합금은 흑연과 강철의 브레이징에 적합하며 조인트에 높은 내식성을 제공합니다.

표 16: 흑연 및 다이아몬드 직접 납땜용 필러 금속.

3. 브레이징 프로세스

흑연 브레이징 방법은 표면 금속화 후 브레이징과 표면 처리 없이 브레이징하는 두 가지로 나눌 수 있습니다. 어떤 방법을 사용하든 브레이징된 부품을 조립하기 전에 흑연 소재의 표면을 알코올이나 아세톤으로 닦아 오염 물질을 제거하여 부품을 사전 처리해야 합니다.

표면 금속화 브레이징을 사용하는 경우 흑연 표면에 Ni 또는 Cu 층을 전기 도금하거나 플라즈마 스프레이를 사용하여 Ti, Zr 또는 몰리브덴 디실리사이드 층을 증착할 수 있습니다.

그런 다음 구리 기반 또는 은 기반 브레이징 재료가 브레이징 공정에 사용됩니다. 가장 일반적으로 사용되는 방법은 활성 납땜 재료를 사용하는 직접 납땜이며, 납땜 온도는 표 16에 제공된 납땜 재료에 따라 선택할 수 있습니다.

브레이징 재료는 브레이징 조인트의 중간 또는 한쪽 끝 근처에 배치할 수 있습니다. 열팽창 계수가 높은 금속으로 브레이징할 때는 일정 두께의 Mo 또는 Ti를 중간 완충층으로 사용할 수 있습니다.

이 전이 층은 가열 중에 소성 변형을 일으켜 열 응력을 흡수하고 흑연이 갈라지는 것을 방지할 수 있습니다.

예를 들어 흑연 및 내식성 니켈 기반 하스텔로이 N 부품의 진공 브레이징에는 용융 염 부식에 대한 저항성과 내방사선성이 우수한 B-Pd60Ni35Cr5 브레이징 재료가 사용됩니다. 브레이징 온도는 1260℃, 절연 시간은 10분입니다.

천연 다이아몬드는 B-Ag68.8Cu16.7Ti4.5 및 B-Ag66Cu26Ti8과 같은 활성 브레이징 재료를 사용하여 직접 브레이징할 수 있습니다. 브레이징은 진공 또는 저 아르곤 가스 보호 상태에서 수행해야 합니다. 브레이징 온도는 850℃를 초과해서는 안 되며, 더 빠른 가열 속도를 선택해야 합니다.

브레이징 온도에서의 유지 시간은 계면에 연속적인 TiC 층이 형성되지 않도록 너무 길지 않아야 합니다(일반적으로 약 10초).

다이아몬드를 납땜할 때 합금강다이아몬드 입자를 손상시킬 수 있는 과도한 열 응력을 방지하기 위해 플라스틱 중간층 또는 저팽창 합금층을 트랜지션에 사용해야 합니다.

브레이징 공정은 작은 다이아몬드 입자(20-100mg)를 강철 본체에 납땜하여 선삭 공구 또는 보링 공구와 같은 초정밀 가공 공구를 제조하는 데 사용됩니다. 브레이징된 이음새의 접합 강도는 200-250MPa에 이릅니다.

다결정 다이아몬드는 불꽃 브레이징, 고주파 브레이징 또는 진공 브레이징을 사용하여 브레이징할 수 있습니다. 금속 또는 석재 절단에 사용되는 다이아몬드 원형 톱날은 고주파 브레이징 또는 Ag-Cu-Ti와 같은 저융점 활성 브레이징 재료를 사용한 화염 브레이징을 사용하여 브레이징해야 합니다.

납땜 온도는 850℃ 이하로 제어해야 하며 가열 시간이 너무 길어서는 안 됩니다. 느린 냉각을 채택해야 합니다. 석유 및 지질학에 사용되는 다결정 다이아몬드 드릴 비트의 경우 드릴링열악한 작업 조건과 상당한 충격 하중에 노출되는 경우 니켈 기반 납땜 재료를 선택할 수 있으며 순수 구리 호일을 진공 납땜의 중간층으로 사용할 수 있습니다.

예를 들어, 350-400개의 원통형 다결정 다이아몬드 입자(4.5-4.5mm)를 다음과 같은 치아 구멍에 납땜합니다. 35CrMo 또는 40CrNiMo 강철을 사용하여 절삭 톱니를 형성하기 위해 진공도는 5×10-2Pa 이상으로 진공 브레이징이 사용됩니다. 브레이징 온도는 1020±5℃, 절연 시간은 20±2분, 브레이징 이음새의 전단 강도는 200MPa 이상입니다.

브레이징 중에는 금속 부품이 흑연 또는 다결정 소재를 누를 수 있도록 조립 및 위치 지정 시 공작물의 무게를 활용하는 것이 좋습니다. 포지셔닝을 위해 픽스처를 사용할 때는 픽스처의 소재가 공작물과 유사한 열팽창 계수를 가져야 합니다.

알루미늄 기반 복합 재료의 브레이징 (1) 브레이징 특성 알루미늄 기반 복합 재료는 크게 입자(수염 포함) 강화와 섬유 강화의 두 가지로 분류되며, 보강에 사용되는 재료는 B, CB, SiC 등입니다.

브레이징을 위해 알루미늄 기반 복합 재료를 가열하는 동안 베이스 Al은 강화 단계와 쉽게 화학 반응을 일으킵니다. 예를 들어, 브레이징 재료의 Si가 모재에 빠르게 확산되어 부서지기 쉬운 방울 층이 형성됩니다. 이는 소재의 성능을 저하시킵니다.

또한, 알루미늄과 강화상 사이의 선팽창 계수의 현저한 차이로 인해 부적절한 브레이징 가열은 계면에서 열 응력을 발생시켜 접합부 균열을 일으킬 수 있습니다.

또한, 브레이징 재료와 강화 단계 사이의 습윤성이 좋지 않아 브레이징을 위해 복합 재료의 표면 처리 또는 활성 브레이징 재료의 사용이 필요합니다. 가능하면 진공 브레이징을 채택해야 합니다.

(2) 브레이징 재료 및 프로세스

B 또는 SiC 입자 강화 알루미늄 기반 복합 재료는 소프트 브레이징 기술을 사용하여 브레이징할 수 있습니다. 브레이징 전에 사포 연마, 와이어 브러싱, 알칼리성 세척, 또는 무전해 니켈 도금 (코팅 두께 0.05mm).

부드러운 산소-아세틸렌 불꽃 가열과 함께 S-Cd95Ag, S-Zn95Al, S-Cd83Zn과 같은 브레이징 재료를 사용할 수 있습니다. 또한 마찰 교반 브레이징에 S-Zn95Al 브레이징 재료를 사용하면 높은 접합 강도를 얻을 수 있습니다.

진공 브레이징은 단섬유 강화 6061 알루미늄 기반 복합 재료를 접합하는 데 적용할 수 있습니다. 표면을 연마하고 800 그릿 사포로 연마한 후 초음파 세척을 사용하여 아세톤으로 세척해야 합니다.

Al-Si 브레이징 재료가 주로 사용되며, Si가 모재에 확산되는 것을 방지하기 위해 복합 재료의 브레이징 표면에 순수 알루미늄 호일 장벽층을 코팅할 수 있습니다.

또는 브레이징 강도가 낮은 B-Al64SiMgBi(11.65i-15Mg-0.5Bi) 브레이징 재료를 선택할 수 있습니다. 이 브레이징 재료의 용융 온도 범위는 554-572℃이며, 브레이징 온도는 580-590℃로 선택할 수 있으며 브레이징 시간은 5분입니다. 조인트 전단 강도는 80MPa 이상입니다.

흑연 입자가 보강된 알루미늄 기반 복합 재료의 경우, 보호 분위기 용광로에서 진공 브레이징하는 것이 가장 성공적인 방법입니다. 습윤성을 개선하려면 마그네슘이 포함된 Al-Si 브레이징 재료를 사용해야 합니다.

알루미늄의 진공 납땜과 마찬가지로, 일정량의 Mg 증기 또는 Ti 탈기뿐만 아니라 Mg를 첨가하면 알루미늄 기반 복합 재료의 납땜 재료의 습윤성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

다양한 소재의 납땜성