Arten von Hartlötfüllmaterialien, die zum Hartlöten von Diamantwerkzeugen verwendet werden

Die Diamantlöttechnologie bezieht sich auf eine Technik, bei der ein Füllmaterial verwendet wird, das mit Diamantschleifpartikeln chemisch reagieren und eine metallurgische Verbindung mit dem Stahlsubstrat eingehen kann. Es gibt verschiedene Arten von Diamantlötverfahren, die je nach Erwärmungsmethode in Laserlöten, Induktionslöten und Hochtemperaturlöten eingeteilt werden können.

 

 

Das Prinzip des Hartlötens von Diamantwerkzeugen besteht darin, Elemente mit hoher Affinität zu Kohlenstoff (wie Ti, Cr und Zr) zu nutzen, um beim Hartlöten eine chemische Reaktion einzugehen, Karbide zu bilden und so eine metallurgische Verbindung zwischen Diamant, Füllmetall und Substrat herzustellen. Beim Hartlöten von Diamantwerkzeugen bestimmt die Wahl des Zusatzmetalls direkt die Leistung des hartgelöteten Diamantwerkzeugs.

 

 

Herkömmliche Metalllote lassen sich nur schwer benetzen und auf der Diamantoberfläche verteilen. Während geschmolzenes Nickel bei hohen Temperaturen einen relativ kleinen Benetzungswinkel auf der Diamantoberfläche aufweist, benetzt Kupfer die Diamantoberfläche bei hohen Temperaturen nicht. Allerdings verbessert die Zugabe von Titan zu Kupfer die Benetzbarkeit von Legierungen auf Kupfer--Basis auf der Diamantoberfläche erheblich.

 

Derzeit lassen sich die für Diamantwerkzeuge verwendeten Lötmaterialien grob in folgende Kategorien einteilen:

Legierungslotmaterialien mit hohem -Schmelzpunkt-, die hauptsächlich auf Nickel basieren (z. B. Ni-Cr), und Legierungslotmaterialien mit niedrigem -Schmelzpunkt-, die hauptsächlich auf Silber und Kupfer basieren (z. B. Cu-Sn-Ti, Ag-Cu-Ti und Ag-Cu-Cr).

 

 

 

Im Vergleich zu Lotlegierungen auf Nickel-- und Kupfer--Basis haben Silber--basierte Lotlegierungen niedrigere Schmelztemperaturen und gute Benetzungs- und Ausbreitungseigenschaften. Silber-Kupfer-Titanlegierungen haben niedrige Liquidustemperaturen, was für die Herstellung von Diamantwerkzeugen günstiger ist. Die Zugabe einer kleinen Menge Titanpartikel zu metallischem Silber kann den Löteffekt verstärken; Das aktive Element Titan reagiert mit dem Kohlenstoff im Diamant und bildet Titancarbid (TiC). Aufgrund des hohen Silberpreises und der hohen Vakuumanforderungen für Titan sind die Lötkosten jedoch hoch; Gleichzeitig übt dieses Lot eine relativ geringe Haltekraft auf den Diamanten aus, wodurch dieser während des Betriebs anfällig für Ablösungen ist. Daher ist seine Anwendung beim Hartlöten von Diamantwerkzeugen nicht sehr weit verbreitet. Hartlötlegierungen auf Silber-basis werden häufig in besonderen Situationen verwendet, in denen eine geringe Verschleißfestigkeit erforderlich ist.

 

 

Kupfer ist ein Metall, das in Kabeln verwendet wird und eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweist. Metallisches Kupfer wird in der Energie- und Chemieindustrie häufig verwendet, aber seine hohen Kosten haben seinen Umfang in gewissem Maße eingeschränkt. Hartlote auf Kupfer--Basis werden hauptsächlich in Kupfer-Zinn-Titan und Kupfer-Zinn-Zirkon-Titan unterteilt. Gemäß dem Phasendiagramm der Cu-C-Metalllegierung ist die Löslichkeit des Elements C in Cu nahezu Null. Daher wird metallisches Kupfer im Allgemeinen mit anderen Metallen gemischt, um gemischte Hartlotlegierungen herzustellen und die Festigkeit der Lötverbindung zu verbessern. Aufgrund der relativ hohen Schmelztemperatur von Kupfer ist die erforderliche Löttemperatur hoch, was zu einer Graphitisierung des Diamanten führen kann. Durch die Zugabe von Zinn kann die Reaktionstemperatur gesenkt und Kosten gespart werden. In Bereichen mit guten Arbeitsumgebungen und geringen Anforderungen an die Verschleißfestigkeit können Lotlegierungen auf Kupfer-- oder Silber--Basis ausgewählt werden, um den Grad der Diamantgraphitisierung zu reduzieren.

 

 

Lotlegierungen auf Nickelbasis-haben eine hohe Härte, gute Korrosionsbeständigkeit, gute Verschleißfestigkeit und eine gute Hochtemperaturleistung und werden häufig in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Seit ihrer Einführung wurden Lotlegierungen auf Nickel--Basis umfassender Grundlagenforschung und angewandter Forschung unterzogen, und auch ihre kommerzielle Entwicklung hat große Aufmerksamkeit erhalten. Ni-Cr-Legierungen werden häufig für Diamantwerkzeuge verwendet. Durch die Verwendung von Hartlotlegierungen auf Nickelbasis zum Hartlöten von Diamantwerkzeugen ergänzen sich die Vorteile der beiden Werkzeuge gegenseitig und die Werkzeuge können für Schneid-, Schleif- und Bohranwendungen mit hoher Festigkeit eingesetzt werden.

 

 

 

Aufgrund der zunehmenden Schwierigkeiten bei der Materialverarbeitung können die ursprünglich bei der Herstellung von Diamantwerkzeugen verwendeten Lotlegierungen auf Silber--, Kupfer-- und Nickel--Basis die höheren Verarbeitungsanforderungen nicht mehr erfüllen, wie z. B. die Erhöhung der Festigkeit des Werkzeugs bei Beibehaltung seiner Festigkeit unter den bestehenden Lötbedingungen oder die Reduzierung der inneren Spannung des Werkzeugs. Viele Wissenschaftler haben das Konzept von Verbundlotlegierungen vorgeschlagen, die die Leistung von gelöteten Werkzeugen weiter verbessern, indem sie der Hartlotlegierung harte oder weiche Partikel hinzufügen: Die Zugabe von Al2O3-Keramikpartikeln in Nano-- und Mikrometergröße- zu der Ag-Cu-Ti-Lötlegierung erhöht die Festigkeit der Hartlötverbindung und hilft, die Verschleißfestigkeit des Werkzeugs zu verbessern; Die Zugabe von μ-TiC-Partikeln zu Ag-Cu-Ti-Verbundlot verbessert die Verschleißfestigkeit des Lots und des Diamanten und verhindert die Bildung von Rissen in der Diamantschleifscheibe beim Hartlöten; Durch die Zugabe verschiedener Mengen an Hf zur Verbesserung des Ni-Cr-Si-Cu-Sn-Bor--freien Hartlots wird der Zweck erreicht, den Schmelzpunkt des Hartlots zu senken und die Kornstruktur zu verfeinern.

 

Vor- und Nachteile verschiedener Lotmaterialien

 

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Referenz:

• „Analyse von Lotmaterialien für das Hartlöten von Diamantschleifpartikeln“ Hou Miao
• „Entwicklung des Hartlötens und Diffusionsschweißens in der Diamantwerkzeugherstellung“ Li Shengnan