Wie lötet man Wolframkarbid?

    Wolframkarbidprodukte werden in vielen Anwendungen eingesetzt, darunter Schneidwerkzeuge, Bohren, Stanzen und zahlreiche andere Anwendungen. Hartmetall bietet eine hervorragende Verschleißfestigkeit und verlängert die Lebensdauer dieser verschiedenen Verschleiß- und Schneidwerkzeuge. Da Wolfram als Hauptbestandteil ein seltener und nicht erneuerbarer Rohstoff ist, ist der Preis für Hartmetall relativ hoch. Darüber hinaus weist Hartmetall eine relativ hohe Härte auf und seine Biegefestigkeit ist viel geringer als die anderer Metalle, beispielsweise Stahl. Aus diesen beiden Gründen muss Hartmetall auf unterschiedliche Weise mit anderen Metallen verbunden werden, beispielsweise durch Gewindeverbindungen, Klemmen und Schweißen. In diesem Artikel geht es darum, wie man Wolframkarbid auf andere Metalle lötet.

1. Was ist Wolframkarbid?

    Wolframkarbid (WC), auch Hartmetall genannt, ist ein Verbundwerkstoff, der durch ein Verfahren namens Pulvermetallurgie hergestellt wird. WC-Pulver wird mit einem Bindemetall, normalerweise Kobalt oder Nickel, gemischt, in einem Vorformwerkzeug verdichtet und dann in einem Ofen gesintert. Der Begriff „zementiert“ bezieht sich darauf, dass die Wolframkarbidpartikel im metallischen Bindemittelmaterial eingefangen und miteinander „zementiert“ werden, wodurch im Sinterprozess eine metallurgische Verbindung zwischen den Wolframkarbidpartikeln und dem Bindemittel (WC-Co) entsteht. In der Hartmetallindustrie wird dieses Material üblicherweise einfach als „Karbid“ bezeichnet, obwohl die Begriffe Wolframkarbid und Hartmetall synonym verwendet werden.  Hartmetall weist eine hohe Druckfestigkeit auf, widersteht Verformungen und behält seine Härtewerte bei hohen Temperaturen bei, eine physikalische Eigenschaft, die besonders bei Metallschneideanwendungen nützlich ist. 

2 . Zwei Punkte, um den Erfolg beim Hartlöten des Wolframkarbids sicherzustellen

A. Bewältigung der durch unterschiedliche Ausdehnung verursachten Spannungen

B. Kontraktionsraten der Grundmaterialien und Benetzung des Karbids durch die Hartlotlegierung

    Beim Erhitzen und Abkühlen dehnt sich das Basisgrundmetall typischerweise schneller aus und zieht sich schneller zusammen als das Karbid.  Wolframkarbid hat eine Wärmeausdehnungsrate, die etwa 1/3 bis 1/2 derjenigen von Stahl entspricht.  Wenn die gelötete Baugruppe abkühlt, kann sich im Hartmetall eine Restspannung aufbauen.  Es wird immer empfohlen, das Hartmetall langsam und gleichmäßig abzukühlen, um Spannungen und mögliche Risse zu vermeiden. Ein Abschrecken wird nicht empfohlen, da es aufgrund der schnellen Kontraktion des Grundmetalls zu Rissen in den Karbiden führen kann.

3. Auswahl der Lotlegierung

    Wolframcarbid ist schwer zu benetzen. Zum Hartlöten von Karbiden auf Stahl werden typischerweise Silberlotlegierungen mit geringen Zusätzen von Nickel (Ni) verwendet. Natürlich müssen sowohl das Hartmetall als auch der Stahl sauber sein, damit die geschmolzene Lotlegierung die Passflächen vollständig benetzen kann. Um eine saubere Oberfläche zum Löten zu schaffen, muss die Hartmetalloberfläche geschliffen werden. Schleifen hat auch den Vorteil, dass die Oberflächentopographie des Hartmetalls abgeflacht wird, was die Benetzung und Haftung der Hartlotlegierung verbessern kann. Ebenso müssten Stahlkomponenten gereinigt werden, um Fett-, Öl-, Schmutz- und andere Oberflächenverunreinigungen zu entfernen.  

    ·Im Handel erhältliche Silberlotlegierungen mit geringen Zusätzen von Nickel (Ni) und Mangan (Mn) benetzen Hartmetalloberflächen problemlos. Diese Hartlotlegierungen weisen typischerweise eine gute Benetzung von Wolframcarbiden auf.  Es wird empfohlen, ein Hartlot mit einer möglichst niedrigen Löttemperatur zu wählen, um die Eigenspannungen innerhalb der Verbindung zu verringern.  

Zur AnwendungBei Kationen, die das Hartlöten großer Karbide erfordern, wird häufig eine Sandwich-Lötlegierung verwendet.  Wenn kleine Karbide (1/2 Zoll2) nicht verwendet werden können, ist eine Sandwich-Legierung vorteilhaft, um Risse und Verformungen des Karbids zu verhindern. Diese Trimetalle sind mit einem Hartlötfüller ummantelt, der auf beiden Seiten eines Kupferkerns befestigt ist.  

    ·Obwohl sich ein Großteil der Diskussion um das Hartlöten von Wolframcarbid (WC) drehte, wäre es falsch, wenn wir polykristallinen Diamant oder PKD nicht erwähnen würden. Die Löttemperatur für PKD wird im Allgemeinen unter 750 °C (1382 °F) gehalten, um eine Verschlechterung des Diamanten zu vermeiden.  Hersteller von PKD-Spitzen für Stahlkörper verwenden häufig ein Niedrigtemperatur-Lötfüllmetall mit hohem Silbergehalt, beispielsweise eine BAg-24-Lötlegierung.  Einige Hersteller verwenden eine Lotlegierung ohne Nickel oder Mangan, wie etwa die Lotlegierung BAg-5 oder BAg-7, mit niedrigeren Schmelztemperaturen und schlechteren Benetzungseigenschaften von Hartmetall und Stahl.

    Ein Lötflussmittel wird verwendet, um die Oxidation der zu verbindenden Oberflächen während des Erhitzens der Baugruppe zu verhindern.  Bei den üblichen Silberlotlegierungen wird Flussmittelpulver verwendet.  Schwarzes Flussmittelpulver wird in der Regel von Lot- und Flussmittelherstellern empfohlen, da es Bor enthält und bei höheren Temperaturen wirksamer ist.

    Für Hartmetall werden verschiedene Hartlotlegierungen verwendet. Der Klassiker ist BAG-3, 50 % Silber mit Cadmium.  Dies ist ein ausgezeichnetes Produkt, aber es enthält Cadmium. Üblicherweise wird BAG-7, 56 % Silber mit Zinn, verwendet, da es leicht benetzt; Es handelt sich jedoch um eine sehr schwache Lotlegierung, und bei dieser Legierung kommt es häufig zu Verbindungsfehlern. Die stärkste Nicht-Cadmium-Legierung ist BAG-22, 49 % Silber mit Mangan, aber sie ist beim Fließen etwas gummiartig. BAG-24, 50 % Silber, ist cadmiumfrei und stellt einen Kompromiss dar.  Es fließt gut, ist aber etwa 40 % schwächer als BAG-3 und BAG-22.

    Wir bevorzugen ausdrücklich Black Flux, obwohl viele erfolgreich mit White Flux löten. In beiden Fällen handelt es sich eindeutig um Hochtemperaturflüsse. Darüber hinaus stellen wir fest, dass gereinigtes Black Flux einen besseren Fluss und stärkere Verbindungen ergibt als gewöhnliches Black Flux.  

    Der letzte Bereich, in dem Fehler häufig vorkommen, ist die Verbindungskonstruktion. Geschulte Schweißer möchten in der Regel die Teile zusammenbauen und dann eine Schweißnaht auftragen. Beim Hartlöten wollen sie die Teile zusammenbauen und dann das Lot in die Verbindung einleiten.   

    Beim Hartlöten von Hartmetall ist es oft viel effektiver, die Seiten und den Boden der Kerbe mit Flussmittel zu behandeln und dann Stücke von mit Flussmittel behandeltem Legierungsdraht unter das Hartmetall zu legen.  Dann müssen Sie nur noch erhitzen, bis sich das Karbid festsetzt.   

    Der Standard sollte sein, dass das Hartmetall bricht oder der Stahl reißt, bevor die Verbindung versagt.