(1) خصائص اللحام: تتشابه مشاكل اللحام متعدد البلورات في الجرافيت والماس مع اللحام متعدد البلورات في السيراميك. بالمقارنة مع المعدن، يصعب تبليل اللحام متعدد البلورات في الجرافيت والماس، كما أن معامل تمدده الحراري يختلف اختلافًا كبيرًا عن معامل تمدد المواد الإنشائية العامة. يُسخّن كلاهما مباشرة في الهواء، ويحدث الأكسدة أو الكربنة عند تجاوز درجة الحرارة 400 درجة مئوية. لذلك، يجب استخدام اللحام الفراغي، ويجب ألا تقل درجة التفريغ عن 10-1 باسكال. نظرًا لضعف قوة اللحام، قد تظهر تشققات في حال وجود إجهاد حراري أثناء اللحام. يُنصح باختيار معدن حشو اللحام ذي معامل تمدد حراري منخفض، مع التحكم الدقيق في معدل التبريد. نظرًا لأن سطح هذه المواد ليس من السهل تبليله بمعادن حشو اللحام العادية، يمكن ترسيب طبقة من 2.5 ~ 12.5 ميكرومتر من W وMo وعناصر أخرى على سطح المواد متعددة البلورات من الجرافيت والماس عن طريق تعديل السطح (طلاء الفراغ، الرش الأيوني، الرش البلازمي وغيرها من الطرق) قبل اللحام وتشكيل الكربيدات المقابلة معهم، أو يمكن استخدام معادن حشو اللحام عالية النشاط.
للجرافيت والماس درجات متعددة، تختلف في حجم الجسيمات والكثافة والنقاء وغيرها من الجوانب، وتختلف أيضًا في خصائص اللحام. علاوة على ذلك، إذا تجاوزت درجة حرارة مادة الماس متعدد البلورات 1000 درجة مئوية، تبدأ نسبة التآكل في الانخفاض، وتنخفض بنسبة تزيد عن 50% عند تجاوز درجة الحرارة 1200 درجة مئوية. لذلك، عند لحام الماس بالتفريغ، يجب التحكم في درجة حرارة اللحام لتكون أقل من 1200 درجة مئوية، ويجب ألا تقل درجة التفريغ عن 5 × 10-2 باسكال.
(2) يعتمد اختيار معدن حشو اللحام بشكل أساسي على الاستخدام ومعالجة السطح. عند استخدامه كمواد مقاومة للحرارة، يجب اختيار معدن حشو اللحام بدرجة حرارة لحام عالية ومقاومة جيدة للحرارة؛ للمواد المقاومة للتآكل الكيميائي، يتم اختيار معادن حشو اللحام بدرجة حرارة لحام منخفضة ومقاومة جيدة للتآكل. بالنسبة للجرافيت بعد معالجة المعدنة السطحية، يمكن استخدام لحام النحاس النقي ذو اللدونة العالية ومقاومة التآكل الجيدة. يتميز اللحام النشط ذو القاعدة الفضية والنحاسية بقابلية جيدة للبلل والسيولة للجرافيت والماس، ولكن يصعب تجاوز درجة حرارة خدمة الوصلة الملحومة 400 درجة مئوية. بالنسبة لمكونات الجرافيت وأدوات الماس المستخدمة بين 400 درجة مئوية و800 درجة مئوية، تُستخدم عادةً معادن حشو ذات قاعدة ذهبية أو قاعدة بالاديوم أو قاعدة منجنيز أو قاعدة تيتانيوم. بالنسبة للمفاصل المستخدمة بين 800 درجة مئوية و1000 درجة مئوية، تُستخدم معادن حشو ذات قاعدة نيكل أو قاعدة حفر. عند استخدام مكونات الجرافيت فوق 1000 درجة مئوية، يمكن استخدام معادن حشو معدنية نقية (Ni، PD، Ti) أو معادن حشو سبائك تحتوي على الموليبدينوم، Mo، Ta وعناصر أخرى يمكنها تشكيل الكربيدات مع الكربون.
بالنسبة للجرافيت أو الماس دون معالجة سطحية، يمكن استخدام معادن الحشو النشطة الموضحة في الجدول 16 للحام المباشر. معظم هذه المعادن هي سبائك ثنائية أو ثلاثية أساسها التيتانيوم. يتفاعل التيتانيوم النقي بقوة مع الجرافيت، مما قد يُشكل طبقة كربيد سميكة جدًا، ويختلف معامل تمدده الخطي تمامًا عن معامل الجرافيت، مما يسهل تشققه، لذا لا يمكن استخدامه كلحام. إضافة الكروم والنيكل إلى التيتانيوم يمكن أن تقلل من درجة الانصهار وتُحسن قابلية البلل مع السيراميك. التيتانيوم سبيكة ثلاثية، تتكون أساسًا من Ti وZr، مع إضافة TA وNb وعناصر أخرى. تتميز بمعامل تمدد خطي منخفض، مما يُقلل من إجهاد اللحام. السبائك الثلاثية المكونة أساسًا من Ti وCu مناسبة للحام الجرافيت والفولاذ، وتتميز بمقاومتها العالية للتآكل.
الجدول 16 معادن حشو اللحام للحام المباشر للجرافيت والماس
(٣) عملية اللحام: تُقسّم طرق لحام الجرافيت إلى فئتين: الأولى هي اللحام بعد التمعدن السطحي، والثانية هي اللحام بدون معالجة سطحية. بغض النظر عن الطريقة المُستخدمة، يجب معالجة اللحام مسبقًا قبل التجميع، ومسح الملوثات السطحية لمواد الجرافيت بالكحول أو الأسيتون. في حالة اللحام بالتمعدن السطحي، تُطلى طبقة من النيكل أو النحاس أو طبقة من التيتانيوم أو الزركونيوم أو ثنائي سيليكون الموليبدينوم على سطح الجرافيت برش البلازما، ثم يُستخدم معدن حشو قائم على النحاس أو الفضة للحام. يُعدّ اللحام المباشر باستخدام اللحام النشط الطريقة الأكثر شيوعًا حاليًا. يمكن اختيار درجة حرارة اللحام وفقًا للحام الموضح في الجدول ١٦. يمكن تثبيت اللحام في منتصف المفصل الملحوم أو بالقرب من أحد طرفيه. عند اللحام بمعدن ذي معامل تمدد حراري كبير، يمكن استخدام الموليبدينوم أو التيتانيوم بسمك معين كطبقة عازلة وسيطة. تتميز طبقة الانتقال بقدرتها على إحداث تشوه بلاستيكي أثناء تسخين اللحام، وامتصاص الإجهاد الحراري، ومنع تشقق الجرافيت. على سبيل المثال، يُستخدم الموليبدينوم كوصلة انتقالية للحام الفراغي لمكونات الجرافيت والهاستيلوين. ويُستخدم لحام B-pd60ni35cr5 ذو مقاومة جيدة للتآكل الناتج عن الأملاح المنصهرة والإشعاع. تبلغ درجة حرارة اللحام 1260 درجة مئوية، وتُحفظ لمدة 10 دقائق.
يمكن لحام الماس الطبيعي مباشرةً باستخدام b-ag68.8cu16.7ti4.5 وb-ag66cu26ti8، بالإضافة إلى مواد لحام نشطة أخرى. يجب أن تُجرى عملية اللحام في ظل تفريغ أو حماية منخفضة الأرجون. يجب ألا تتجاوز درجة حرارة اللحام 850 درجة مئوية، ويجب اختيار معدل تسخين أسرع. يجب ألا يكون وقت التثبيت عند درجة حرارة اللحام طويلاً جدًا (عادةً حوالي 10 ثوانٍ) لتجنب تكون طبقة تيك متصلة عند السطح البيني. عند لحام الماس والفولاذ السبائكي، يجب إضافة طبقة بلاستيكية بينية أو طبقة سبيكة منخفضة التمدد للانتقال لمنع تلف حبيبات الماس الناتج عن الإجهاد الحراري المفرط. تُصنع أداة الخراطة أو أداة التجويف للتشغيل الآلي فائق الدقة باستخدام عملية اللحام، حيث يتم لحام 20 إلى 100 ملغ من جزيئات الماس الصغيرة على جسم الفولاذ، وتصل قوة وصلة اللحام إلى 200 إلى 250 ميجا باسكال.
يمكن لحام الماس متعدد البلورات باستخدام اللهب أو التردد العالي أو الفراغ. يُستخدم اللحام عالي التردد أو اللحام باللهب لقطع المعادن أو الأحجار باستخدام شفرات المنشار الدائري الماسية. يُختار معدن حشو نشط للحام بالفضة والنحاس والتيتانيوم ذو نقطة انصهار منخفضة. يجب التحكم في درجة حرارة اللحام بأقل من 850 درجة مئوية، ويجب ألا يكون وقت التسخين طويلاً جدًا، ويجب اعتماد معدل تبريد بطيء. تتميز رؤوس الماس متعدد البلورات المستخدمة في حفر البترول والجيولوجيا بظروف عمل سيئة وتتحمل أحمال صدمات عالية. يمكن اختيار معدن حشو للحام بالنيكل، ويمكن استخدام رقائق النحاس النقي كطبقة بينية للحام بالتفريغ. على سبيل المثال، يُلحم ما بين 350 و400 كبسولة من الماس متعدد البلورات العمودي، بقطر 4.5 إلى 4.5 مم، في ثقوب فولاذ 35CrMo أو 40CrNiMo لتشكيل أسنان القطع. يتم اعتماد اللحام الفراغي، ودرجة الفراغ لا تقل عن 5 × 10-2 باسكال، ودرجة حرارة اللحام 1020 ± 5 ℃، ووقت الإمساك 20 ± 2 دقيقة، وقوة القص لمفصل اللحام أكبر من 200 ميجا باسكال
أثناء اللحام، يُستخدَم وزن اللحام الذاتي للتجميع والتثبيت قدر الإمكان، مما يُمكّن الجزء المعدني من الضغط على مادة الجرافيت أو مادة البوليكريستالين في الجزء العلوي. عند استخدام التركيبة للتثبيت، يجب أن تكون مادة التركيبة ذات معامل تمدد حراري مماثل لمعامل تمدد اللحام.
وقت النشر: ١٣ يونيو ٢٠٢٢