Kunskapspunkter för hårdlödande diamantverktyg (del 1)

 

Nyckelord: Diamond, diamantverktyg, hårdlödningsmaterial, hårdlödningsteknik, tillämpning av hårdlödningsteknik i diamantverktyg

 

 

 

Diamond är ett funktionellt material som kombinerar många utmärkta egenskaper. Det är det svåraste naturliga materialet hittills, och dess unika optiska, termiska och mekaniska egenskaper förbättrar dess status ytterligare som ett funktionellt material. Diamant är uppdelad i två huvudkategorier: naturlig diamant och syntetisk diamant. Syntetisk diamant är ytterligare uppdelad i enkelkristall och polykristallin diamant. Alla tre typerna av diamant kan användas för att tillverka diamantverktyg.

 

Under de senaste åren har den globala syntetiska diamantproduktionen nått 15 miljarder karat, där Kina konsekvent rankas först i syntetisk diamantproduktion. Kina, en Latecomer till marknaden, har upplevt en snabb utveckling inom diamantverktygsindustrin under de senaste två decennierna, och inte bara uppnår världens högsta produktion utan också utvecklar ett omfattande utbud av nya verktyg.

Diamantverktyg har ett brett utbud av applikationer, främst i stenbearbetning, keramisk modifiering, geologisk borrning, oljeborrning och gruvdrift. De spelar också en viktig roll i byggandet, byggnadsmaterial, bearbetning, optisk glas- och smyckesbearbetning och elektronik och elektriska industrier. Modern tillverkning är alltmer krävande diamantverktyg, och avancerad utrustningstillverkning är alltmer beroende av utvecklingen av diamantskärningsverktyg. Höghastighet, ultrahög hastighet, högprecision och ultra-precision skärning och slipning, särskilt för bearbetning av hårda, spröda och extremt hårda material, är nu oskiljaktiga från diamantverktyg. Diamantverktyg kan kategoriseras efter applikation, inklusive sågverktyg, slip- och poleringsverktyg, skärverktyg, borrverktyg och trådteckningsdies.

 

 

Diamantsågverktyg kategoriseras efter form, inklusive diamantcirkulära blad, diamantgruppsågar, diamanttrådssågar, diamanttrådssågar och diamanthålsågar. Diamantcirkulära sågblad är för närvarande det vanligaste sågverktyget inom sten- och konstruktionsindustrin, som är allmänt använt för att klippa produkter som granit, marmor, keramik och betong. I samband med grön tillverkning utvecklas diamantcirkulära blad mot multi-bläddrade kombinationssågar, med kombinationssågar och gängsågar som är typiska exempel. Gangsågar har dussintals diamantsågblad monterade sida vid sida på en sågram, vilket uppnår flera gånger högre skäreffektivitet än konventionella slipande sågar. De resulterande nedskärningarna skapar smidiga, till och med tvärsnitt, vilket minskar slipning och polering av slipning och polering. Diamanttrådssågar används vanligtvis för stenbrott av granit och marmor, skärning av armerad betong eller skärande metallstrukturer och övergår gradvis till bearbetning av specialformad sten och plattor. Diamanttrådssågar kan exakta, smalare skärning av hårda och spröda material, vilket gör dem allmänt använda i halvledare och fotovoltaisk cellskivning. De visar också unika fördelar inom bearbetningskeramik, kvarts, trä och andra material.

 

Diamantslipning och poleringsverktyg är en allmän term för geometriskt formade slipmedel som är bundna med diamanter med hjälp av ett bindemedel. Diamant Abrasives erbjuder hög slipning, hög effektivitet, låga bearbetningskostnader och en lång produktlivslängd. Vanliga diamantslipverktyg inkluderar slipskivor, slipblock, sliphuvuden, slipkoppar, trummor, rullar, kvadrerande hjul, fräshjul, tangentiella hjul, hjul, hyllor och fästblock.

 

Diamantverktyg kännetecknas av extremt hög hårdhet och slitstyrka, hög elastisk modul, låg friktionskoefficient, låg termisk expansionskoefficient, utmärkt värmeöverföring och låg vidhäftning till icke-järnmetaller. Diamantverktyg kan användas för bearbetning av hårda och spröda icke-metalliska material (såsom keramik, grafit och kompositmaterial), liksom för precisionsbearbetning av tuffa icke-järnmaterial (såsom kopparlegeringar och aluminiumlegeringar). Diamantverktyg finns i ett brett utbud av typer, var och en med betydligt varierande prestanda, struktur, beredningsmetoder och applikationsområden. Vanliga diamantverktyg inkluderar diamantvridningsverktyg, diamantfräsar, diamantrödningsverktyg, diamant broaches, diamantborrbitar och diamantformningsverktyg.

 

Diamantborrbitar är avancerade borrverktyg som erbjuder hög borrningseffektivitet, hög hålkvalitet, minimal arbetsintensitet och låga borrkostnader. Diamantborrbitar kategoriseras främst efter applicering, inklusive oljeborrbitar, kolborrbitar, geologiska utforskningsborrbitar, teknikutforskningsborrbitar, tunnväggstekniska borrbitar, glasborrbitar och kompositmaterialborrbitar.

 

 

 

På grund av begränsningar inom diamanttillverkningsteknik är enskilda diamantpartiklar relativt små, vilket ofta levereras som fina partiklar eller till och med pulver. Detta presenterar utmaningar i diamantapplikationen. Eftersom diamant bara helt kan inse sina utmärkta egenskaper när de är anslutna till ett matrismaterial, är bindning med matrisen avgörande för dess tillämpning.

 

Diamant är i sig oförenlig med de flesta metaller. Fysiskt är diamantegenskaper inte kompatibla med andra material, och kemiskt, metallurgiskt, är de oförenliga och begränsar diamantbindning.

 

Under de tidiga dagarna av Diamond Industrial Application var mekanisk inställning den primära metoden, som ses i verktyg som diamantpennor och glasskärare. Dessa verktyg kräver stora diamantpartiklar.

 

För mindre diamantpartiklar är mekanisk inställning nästan omöjlig, vilket leder till utveckling av elektropläterade fasta inställningsmetoder. Den allmänna processen för elektroplätering av diamantverktyg är som följer: verktygskroppsbearbetning, dimensionell inspektion, mekanisk behandling, avfettning, betning, isoleringsbehandling, rostavlägsnande, varmt och kallt vatten tvätt, anodisk etsning, varmt och kallt vatten tvätt, elektroplätering, diamantapplikation, förtjockning av pläteringsskiktet, tankrengöring, väteborttagning, inspektion och färdig verktyg.

 

Elektropläterade diamanter har låg hållfasthet och låg diamantexponering, vilket påverkar skärkraften och skärpan. Melade diamantverktyg adresserar dessa brister. Melade diamantverktyg kategoriseras som ytuppsättning och impregnerad. Ytuppsättningsverktyg involverar hårdlödning direkt på substratytan, medan impregnerade verktyg involverar sintring av diamant med andra material för att bilda en komposit. Sintringsprocessen för diamantkompositen är i huvudsak en diffusionslödningsprocess mellan diamanten och underlaget. Genom att trycka på diamanten och karbiden till en kompakt (PDC) förvandlas diamantbindningen till en karbidbindning.

 

 

Sintringsprocessen för diamantmatrisen (allmänt känd som bladet) är också en diffusionslödningsprocess. Diamantverktygslödning kan kategoriseras i tre huvudtyper: enskikts diamantverktygslödning, diamantbladslödning och PDC-kompositarklödning.

 

Den varma eller kallpressande sintring av diamantblad är en typisk diffusionslödningsprocess. Under de tidiga dagarna av diamantbladstillverkning, var lågtemperaturmetallpulver vanligtvis smältdiffusion som bröts med högtemperatur metallpulver för att ytterligare säkra diamanten. Med tekniska framsteg har aktiva föregångade pulver som innehåller karbidbildande element (såsom krom, titan, vanadium och molybden) dykt upp. Diffusionslödning eller lödning uppnås genom att reagera det aktiva föregångade pulvret med diamant för att bilda karbider. Karbidbildning är långsam, vilket är resultatet av den ömsesidiga diffusionen och migrationen av de aktiva elementen i det föregångade pulvret och kolet i diamanten. Denna process kräver en lång tid vid en viss temperatur för att atomdiffusion och reaktion ska ske, vilket gör att varm pressande sintring lättare uppnår denna diffusionsprocess.

 

Lödning av enskikts diamantverktyg använder vanligtvis en aktiv eller nickelbaserad hårdlödningsfyllningsmetall. Denna process, genom närvaron av starka karbidbildande element eller legeringar, skapar en kemisk metallurgisk bindning mellan matrismaterialet och diamanten, vilket förbättrar lödningsskiktets grepp på diamanten. Enskikts hårda verktyg har en hög andel exponerade diamanter som motstår utsläpp, vilket resulterar i skarp skärning och utmärkt chipavlägsnande. Det ordnade arrangemanget av diamanter säkerställer inte bara en rationell fördelning av diamantskiktet på verktygsytan, maximerar diamantens skärkraft, utan minskar också diamantanvändning, sänker verktygskostnaderna avsevärt och förbättrar skäreffektiviteten.

 

Ledande diamantverktygstips presenterar unika utmaningar. För det första är verktygstips pulvermetallurgiprodukter med många kapillärer. För det andra sintras verktygstips, vilket resulterar i närvaro av oxider på både ytan och inom. För det tredje varierar verktygsspetskompositioner och ställer betydande krav på hårdlödningsmaterial och processer.

 

Eftersom PCD: s tillåtna uppvärmningstemperatur är begränsad (i allmänhet värmebeständiga temperaturer som inte överstiger 720-780 grader) används silverbaserade lödningsmaterial främst. Emellertid har vanliga silverbaserade håravfallsmaterial låg värmebeständighet och dålig vätbarhet för diamant och karbid. För närvarande finns specialiserade PDC-verktygslödningsmaterial tillgängliga som kan uppfylla kraven för PDC-bärning genom att förbättra håravfallets högtemperaturstyrka och trötthetsegenskaper och optimera hårlödningsprocessen.

 

 

 

Efter 1930 -talet började pulvermetallurgiprinciperna användas för att tillverka diamantcirkulära sågblad. Tidiga verktyg sintrades främst från diamant, högmältpunktskelettmetallpulver, lågsmältpunktelementet metallpulver och påfyllningsmaterial, med lågsmältpunktsmetallpulver som serveras som hårdlödfyllmedlet. Efter 1960 -talet utvecklades diamantverktyg snabbt och ett växande antal institutioner började systematiskt undersöka matrispulver. Föregångslegerade pulveriserade håravfall, i synnerhet fick ökande uppmärksamhet för deras diffusionslödningsegenskaper inom diamantverktyg.

 

Under användningen av diamantverktyg förloras en betydande mängd diamant på grund av matrisslitage, snarare än slitage och misslyckande i själva diamanterna. Detta resulterar i en relativt låg diamantanvändningshastighet. Detta beror på att traditionell diamantsegmenttillverkning förlitar sig på den mekaniska kapslingen av diamanterna i matrisen. Eftersom diamanter inte våtar metallmatrismaterialet, när matrisen har bärs till en viss höjd, separeras diamanterna lätt från metallmatrisen, vilket minskar diamantverktygets prestanda och livslängd. Att förbättra diamantkapslingskapaciteten för matrisen är det mest effektiva tekniska måttet för att förhindra för tidig diamantförlust. Ursprungligen fokuserade detta tillvägagångssätt främst på att förbättra greppet genom mekanisk extrudering och inkapsling, till följd av fastransformationer i matrispulvret. Under de senaste två decennierna har forskning om den kemiska metallurgiska bindningen av aktiva föregångade pulver med diamant intensifierats.

 

Tillsätt starka karbidbildande element som nickel, titan, zirkonium, vanadium, krom, molybden och volfram till föregångade pulver förbättrar legeringens vätbarhet till diamant och genom diffusionshelning under den sintringsprocessen stärker den kemiska bindningen mellan matrisen och diamanten. Detta ökar diamantens kanthöjd under slipning, förbättring av skärande effektivitet och diamantanvändning. Vidare förbättrar det föregångade pulvret, som fungerar som en hårdlödande påfyllningsmetall, stabiliteten och konsistensen hos diamantskärningsbitar. The State Key Laboratory of New Brazing Materials and Technologies has systematically studied powdered brazing filler metals based on the powder diffusion brazing mechanism, developing a series of silver- and copper-based powdered brazing filler metals, including FBAg625, FBAg737, FBCu14, FBCu17, FBCu18, FBCu70, and FBCu423.

Eftersom det smältande temperaturområdet för de föregångade pulverna är kompatibelt med sintringstemperaturen i diamantverktygsbitar, är varmpress och sintring av diffusionslindningsprocesser, medan kallpressning och sintring är övergående vätskefasdiffusionslevningsprocesser. Både varma och kalla pressningsprocesser möjliggör vätningsreaktioner mellan högsmältpunktelement och diamant vid måttliga temperaturer.

 

Reactive pre-alloyed powders, replacing elemental metal powders, are used in the brazing sintering of impregnated diamond composites, addressing technical bottlenecks such as uneven mixing of diamond tool matrix metal powders, easy loss of low-melting-point elements, weak interaction of high-melting-point active elements, volatilization of high-vapor-pressure elements, structural segregation of components, och instabil bindningsstyrka. Den mekaniska hålleffekten av matrisen på diamantinlägget är optimerat till en inlay/lödningskompositanslutning, vilket förbättrar diamantbladets höjd och skärpa. När du skär granit med ett blad framställt med föregångat pulver utvecklat av det tillståndsnyckellaboratoriet för nya hårdlödningsmaterial och tekniker, kan skärhastigheten ökas med 1,5 till 2 gånger och sågbladets livslängd kan förlängas med 1,2 till 1,6 gånger.

 

 

Direkt hårdlödning av enskikts diamantverktyg används främst vid tillverkning av sliphjulspennar, mätverktyg, stenverktyg, ädelsten eller glasgraveringsverktyg och diamantsliphjul, diamantsliphjul och diamantfiler. Lödningsprocessen uppnår en metallurgisk bindning mellan diamanten, lödning på fyllningsmetall och metallsubstratet, vilket resulterar i en hög bindningsstyrka. Diamantens kanthöjd är betydligt större än den som uppnås med elektroplätering. Som ett resultat är hårbesvärda diamantverktyg skarpa, har en stor chipavstånd, är mindre mottagliga för tilltäppning under användning och uppnår användning av högt diamantkorn.

 

De flesta hårdlödande metalllegeringar har svårt att väta diamant, och diamant är mottagliga för grafitisering och oxidation vid höga temperaturer. På grund av diamantens grafitiseringstemperatur bör lastningstemperaturen inte överstiga 1050 grader, inte ens i en vakuummiljö. Diamond -bärning har ett begränsat urval av hårlödningsmetaller. Den valda påfyllningsmetallen måste säkerställa god vätning med diamant och bilda en kemisk och metallurgisk bindning med den. Det måste också bibehålla skärpa och undvika överdriven korrosion. Dessutom måste påfyllningsmetallens slitegenskaper vara kompatibla med det material som arbetar för att säkerställa optimal diamantexponering och en lång livslängd.

 

Karbidbildande element såsom titan, zirkonium, krom och vanadinvåt diamantbrunn, men deras smältningstemperaturer är för höga, vilket gör att diamanten blir allvarligt grafitiserad vid höga temperaturer. Kobolt-, järn- och aluminiumen är effektivt våt diamant i sitt flytande tillstånd, men de är allvarligt frätande inom sitt vätbara temperaturområde. För närvarande används två vanliga processer för att förbättra diamantvätbarheten och minska termiska skador. Man innebär att lägga till aktiva element till konventionella hårlödningar för att förbättra deras vätbarhet och affinitet för diamant. Den andra involverar beläggning av diamantytan med metall. När du slår med hög smältpunktslödningslegeringar skyddar ytmetallen effektivt diamanten, minimerar termisk skada och förbättrar dess vätbarhet.

 

Två huvudtyper av nya lödningslegeringar skapas genom att lägga till aktiva element till konventionella lödningslegeringar: kopparbaserade och silverbaserade lödningslegeringar såsom Ag-Cu, Cu-SN och Ni-Cr. Ag-Cu och Cu-SN lågsmältpunktslödslegeringar är främst utformade för att minimera termiska skador på diamanten, men det resulterande hårda verktyget är svagt, vilket gör det svårt att uppnå aggressiv slipning. Diamantverktyg som är hårda med NI-CR-legeringar uppvisar utmärkt slitmotstånd och högtemperaturmotstånd.

Processer för lödning av enkristall eller enskikts diamantverktyg inkluderar vakuumugnödning, laserödning och skärmad gas högfrekventa induktionslödning. Lödning i en vakuumugn har hög produktionseffektivitet och enhetlig uppvärmning och kan svetsa arbetsstycken med komplexa strukturer och stora storlekar. Laserlödning använder en laserstråle som en svetsvärmekälla. Under svetsningen värms arbetsstycket lokalt snabbt, och diamanten stannar i ett högtemperaturtillstånd under en kort tid, vilket effektivt kan förhindra att diamanten genomgår grafitisering. Gasskyddad högfrekvensinduktionslödning använder högfrekventa induktion för att värma underlaget och lödningslegeringen samtidigt. Den har en hög uppvärmningstemperatur, en snabb uppvärmningshastighet och är lätt att kontrollera temperaturen. Det kan också värmas lokalt och är lätt att uppnå automatisk kontroll.

 

Den här artikeln diskuterar principerna för hårdlödningsteknologi som används i hårda diamantverktyg, utvecklingen av hårdlödningsteknik och information om hårdlödningsmaterial, processer och utrustning. Det föreslår också den framtida riktningen för att ta hand om teknik inom diamantverktygsindustrin.

 

(Denna hårda hårda diamantstödda sammet poleringsplatta kombinerar effektivt hårlödningsprocessen med tekniken för flexibel diamantpoleringsplatta. Gör slipning skarp och mer kostnadseffektiv.)

 

 

Innehåll i den här artikeln:

• 1. Diamantverktyg och deras klassificeringar
• 2. Former av diamantanslutningar
• 3. Tillämpningar av hårdlödningsteknik i diamantverktyg
• 4. Diffusionslödning under diamantmatris sintring
• 5. Lödning av enskikts diamantverktyg
• 6. Lödning av diamantsegment till matris
• 7. Lödning av diamantkompositer
• 8. Diamantverktygslödningsutrustning och processer
• 9. Utvecklingstrender i diamantverktygslödning
• 10. Slutsats

På grund av begränsat utrymme är denna webbplats uppdelad i två avsnitt för din referens.

 

Kunskapspunkter för hårdlödande diamantverktyg (del 2)