(1) 흑연 및 다이아몬드 다결정 브레이징의 특성과 관련된 문제점은 세라믹 브레이징에서 발생하는 문제점과 매우 유사합니다. 금속과 비교했을 때, 납땜 재료는 흑연 및 다이아몬드 다결정 재료에 잘 젖지 않으며, 열팽창 계수가 일반 구조 재료와 매우 다릅니다. 두 재료를 공기 중에서 직접 가열하면 온도가 400℃를 초과할 경우 산화 또는 탄화가 발생합니다. 따라서 진공 브레이징을 사용해야 하며, 진공도는 10⁻¹Pa 이상이어야 합니다. 두 재료 모두 강도가 높지 않기 때문에 브레이징 중 열응력이 발생하면 균열이 발생할 수 있습니다. 열팽창 계수가 낮은 브레이징 필러 금속을 선택하고 냉각 속도를 엄격하게 제어해야 합니다. 이러한 재료의 표면은 일반적인 브레이징 충전재에 의해 잘 젖지 않기 때문에, 브레이징 전에 표면 개질(진공 코팅, 이온 스퍼터링, 플라즈마 스프레이 등)을 통해 흑연 및 다이아몬드 다결정 재료 표면에 2.5~12.5μm 두께의 W, Mo 등의 원소 층을 증착하여 해당 탄화물을 형성하거나, 고활성 브레이징 충전재를 사용할 수 있다.
흑연과 다이아몬드는 입자 크기, 밀도, 순도 등 여러 면에서 등급이 다양하며, 각각 브레이징 특성이 다릅니다. 또한, 다결정 다이아몬드 소재의 온도가 1000℃를 초과하면 마모율이 감소하기 시작하고, 1200℃를 초과하면 마모율이 50% 이상 감소합니다. 따라서 다이아몬드를 진공 브레이징할 때는 브레이징 온도를 1200℃ 이하로 유지하고 진공도를 5 × 10⁻²Pa 이상으로 유지해야 합니다.
(2) 브레이징 필러 금속의 선택은 주로 용도와 표면 처리에 따라 결정됩니다. 내열 재료로 사용할 경우, 브레이징 온도가 높고 내열성이 우수한 브레이징 필러 금속을 선택해야 합니다. 내화학성 재료의 경우, 브레이징 온도가 낮고 내식성이 우수한 브레이징 필러 금속을 선택해야 합니다. 표면 금속화 처리된 흑연에는 연성이 높고 내식성이 우수한 순수 구리 땜납을 사용할 수 있습니다. 은계 및 구리계 활성 땜납은 흑연 및 다이아몬드에 대한 젖음성과 유동성이 우수하지만, 브레이징 접합부의 사용 온도는 400℃를 초과하기 어렵습니다. 400℃~800℃ 사이에서 사용되는 흑연 부품 및 다이아몬드 공구에는 일반적으로 금계, 팔라듐계, 망간계 또는 티타늄계 필러 금속이 사용됩니다. 800℃~1000℃ 사이에서 사용되는 접합부에는 니켈계 또는 드릴계 필러 금속을 사용해야 합니다. 1000℃ 이상에서 흑연 부품을 사용할 경우, 순수 금속 필러 금속(Ni, PD, Ti) 또는 몰리브덴, Mo, Ta 및 탄소와 탄화물을 형성할 수 있는 기타 원소를 함유하는 합금 필러 금속을 사용할 수 있습니다.
표면 처리가 되지 않은 흑연이나 다이아몬드의 경우, 표 16에 제시된 활성 충전재를 직접 브레이징에 사용할 수 있습니다. 이러한 충전재는 대부분 티타늄 기반의 이원 또는 삼원 합금입니다. 순수 티타늄은 흑연과 강하게 반응하여 매우 두꺼운 탄화물 층을 형성할 수 있으며, 선팽창 계수가 흑연과 상당히 다르기 때문에 균열이 발생하기 쉬워 납땜 재료로 사용할 수 없습니다. 티타늄에 크롬과 니켈을 첨가하면 융점을 낮추고 세라믹과의 젖음성을 향상시킬 수 있습니다. Ti는 주로 Ti-Zr로 구성되고 TA, Nb 등의 원소가 첨가된 삼원 합금입니다. 선팽창 계수가 낮아 브레이징 응력을 줄일 수 있습니다. 주로 Ti-Cu로 구성된 삼원 합금은 흑연과 강철의 브레이징에 적합하며, 접합부는 높은 내식성을 가집니다.
표 16 흑연 및 다이아몬드의 직접 브레이징용 브레이징 충전재
(3) 브레이징 공정 흑연의 브레이징 방법은 표면 금속화 후 브레이징과 표면 처리 없이 브레이징하는 두 가지 범주로 나눌 수 있다. 어떤 방법을 사용하든 용접부는 조립 전에 전처리해야 하며, 흑연 재료의 표면 오염물질은 알코올이나 아세톤으로 깨끗하게 닦아내야 한다. 표면 금속화 브레이징의 경우, 플라즈마 스프레이를 이용하여 흑연 표면에 Ni, Cu 층 또는 Ti, Zr 또는 이규화몰리브덴 층을 도금한 후, 구리계 용가재 또는 은계 용가재를 사용하여 브레이징한다. 현재 가장 널리 사용되는 방법은 활성 솔더를 이용한 직접 브레이징이다. 브레이징 온도는 표 16에 제시된 솔더에 따라 선택할 수 있다. 솔더는 브레이징 접합부의 중앙 또는 한쪽 끝 부근에 클램핑할 수 있다. 열팽창 계수가 큰 금속으로 브레이징할 경우, 일정 두께의 Mo 또는 Ti를 중간 완충층으로 사용할 수 있다. 전이층은 브레이징 가열 중 소성 변형을 일으켜 열 응력을 흡수하고 흑연 균열을 방지할 수 있습니다. 예를 들어, Mo는 흑연 및 하스텔로인 부품의 진공 브레이징에서 전이 접합부로 사용됩니다. 용융염 부식 및 방사선에 대한 내성이 우수한 B-pd60ni35cr5 솔더가 사용됩니다. 브레이징 온도는 1260℃이며, 이 온도를 10분 동안 유지합니다.
천연 다이아몬드는 B-AG68.8Cu16.7Ti4.5, B-AG66Cu26Ti8 등의 활성 솔더와 직접 브레이징할 수 있습니다. 브레이징은 진공 또는 저농도 아르곤 보호 하에서 수행해야 합니다. 브레이징 온도는 850℃를 초과해서는 안 되며, 빠른 가열 속도를 선택해야 합니다. 브레이징 온도에서의 유지 시간은 계면에 연속적인 틱 층이 형성되는 것을 방지하기 위해 너무 길지 않아야 합니다(일반적으로 약 10초). 다이아몬드와 합금강을 브레이징할 경우, 과도한 열응력으로 인한 다이아몬드 입자 손상을 방지하기 위해 연성 중간층 또는 저팽창 합금층을 추가하여 접합해야 합니다. 초정밀 가공용 선삭 공구 또는 보링 공구는 브레이징 공정을 통해 제작되며, 이 공정에서는 20~100mg의 미세 입자 다이아몬드를 강재에 브레이징하여 접합 강도가 200~250MPa에 달합니다.
다결정 다이아몬드는 화염, 고주파 또는 진공 브레이징으로 접합할 수 있습니다. 금속이나 석재를 절단하는 다이아몬드 원형 톱날에는 고주파 브레이징 또는 화염 브레이징을 적용해야 합니다. 융점이 낮은 Ag-Cu-Ti 활성 브레이징 충전재를 선택해야 합니다. 브레이징 온도는 850℃ 이하로 제어하고, 가열 시간은 너무 길지 않게 하며, 냉각 속도를 천천히 해야 합니다. 석유 및 지질 시추에 사용되는 다결정 다이아몬드 비트는 열악한 작업 환경에서 큰 충격 하중을 견뎌야 합니다. 진공 브레이징 시에는 니켈계 브레이징 충전재를 선택하고 순수 구리 호일을 중간층으로 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 직경 4.5~4.5mm의 원기둥형 다결정 다이아몬드 350~400개를 35CrMo 또는 40CrNiMo 강철의 천공에 브레이징하여 절삭날을 형성합니다. 진공 브레이징을 적용하였으며, 진공도는 5 × 10⁻²Pa 이상, 브레이징 온도는 1020 ± 5℃, 유지 시간은 20 ± 2분이고, 브레이징 접합부의 전단 강도는 200MPa 이상이다.
브레이징 과정에서 조립 및 위치 조정을 위해 가능한 한 용접부의 자중을 이용하여 금속 부품이 상부의 흑연 또는 다결정 재료를 압착하도록 해야 합니다. 위치 조정을 위해 지그를 사용하는 경우, 지그 재질은 용접부와 열팽창 계수가 유사한 재질이어야 합니다.
게시 시간: 2022년 6월 13일