Ako spájkovať karbid volfrámu?

    Výrobky z karbidu volfrámu sa používajú v mnohých aplikáciách vrátane rezných nástrojov, vŕtania, dierovania a mnohých ďalších aplikácií. Slinutý karbid poskytuje vynikajúcu odolnosť proti opotrebovaniu a predlžuje životnosť týchto rôznych nástrojov na opotrebenie a rezných nástrojov. Pretože jeho hlavnou zložkou je volfrám, ktorý je vzácnym a neobnoviteľným zdrojom, cena slinutého karbidu je pomerne vysoká. Okrem toho má slinutý karbid relatívne vysokú tvrdosť a jeho pevnosť v ohybe je oveľa nižšia ako u iných kovov, ako je oceľ. Z týchto dvoch dôvodov musí byť slinutý karbid spojený s inými kovmi rôznymi spôsobmi, napríklad pomocou závitových spojov, upínaním a zváraním. Tento článok hovorí o tom, ako spájkovať karbid volfrámu na iné kovy.

1. Čo je karbid volfrámu?

    Karbid volfrámu (WC), tiež označovaný ako slinutý karbid, je kompozitný materiál vyrobený procesom nazývaným prášková metalurgia. WC prášok sa zmieša so spojivovým kovom, zvyčajne kobaltom alebo niklom, zhutní sa v predformovacom nástroji a potom sa speká v peci. Pojem „scementovaný“ sa vzťahuje na častice karbidu volfrámu, ktoré sú zachytené v kovovom spojivovom materiáli a „scementované“ spolu, čím sa vytvorí metalurgická väzba medzi časticami karbidu volfrámu a spojivom (WC-Co) v procese spekania. Priemysel slinutého karbidu bežne označuje tento materiál jednoducho ako „karbid“, hoci termíny karbid volfrámu a slinutý karbid sa používajú zameniteľne.  Karbid vykazuje vysokú pevnosť v tlaku, odoláva deformácii a zachováva si hodnoty tvrdosti pri vysokých teplotách, čo je fyzikálna vlastnosť, ktorá je obzvlášť užitočná pri aplikáciách obrábania kovov. 

2. Dva body na zabezpečenie úspechu pri spájkovaní karbidu volfrámu

A. Zvládanie napätí spôsobených diferenciálnou expanziou

B. Rýchlosť zmršťovania základných materiálov a zmáčanie karbidu spájkovanou zliatinou

    Počas zahrievania a chladenia sa základný kov zvyčajne rozťahuje a zmršťuje vyššou rýchlosťou ako karbid.  Karbid volfrámu má tepelnú rozťažnosť približne 1/3 až 1/2 rýchlosti ocele.  Keď sa spájkovaná zostava ochladí, vo vnútri karbidu sa môže vytvoriť zvyškové napätie.  Vždy sa odporúča pomalé rovnomerné chladenie karbidu, aby sa predišlo namáhaniu a prípadnému praskaniu. Kalenie sa neodporúča, pretože môže spôsobiť praskliny v karbidoch v dôsledku rýchlej kontrakcie základného kovu.

3. Ako si vybrať spájkovaciu zliatinu

    Karbid volfrámu sa ťažko zmáča. Strieborné spájkovacie zliatiny s malými prísadami niklu (Ni) sa zvyčajne používajú na spájkovanie karbidov na oceľ. Samozrejme, že karbid aj oceľ musia byť čisté, aby roztavená spájkovaná zliatina mohla úplne zmáčať spojovacie povrchy. Brúsenie karbidového povrchu na vytvorenie čistého povrchu na spájkovanie je nevyhnutné. Brúsenie má tiež výhodu sploštenia topografie povrchu karbidu, čo môže pomôcť pri zmáčaní a priľnavosti spájkovacej zliatiny. Podobne by bolo potrebné vyčistiť oceľové komponenty, aby sa odstránili zvyšky mastnoty, oleja, nečistôt alebo iných povrchových nečistôt.  

    · Komercne dostupné zliatiny striebra s malými prísadami niklu (Ni) a mangánu (Mn) lahko zmáčajú povrchy slinutého karbidu. Tieto spájkovacie zliatiny typicky vykazujú dobré zmáčanie karbidov volfrámu.  Odporúča sa zvoliť prídavný kov na tvrdé spájkovanie s najnižšou možnou teplotou spájkovania, aby sa znížilo zvyškové napätie v spoji.  

Pre aplikáciukatiónov, ktoré zahŕňajú spájkovanie veľkých karbidov, sa často používa sendvičová spájka.  Ak nie je možné použiť malé karbidy (1/2 palca2), sendvičová zliatina je prospešná pri predchádzaní praskaniu a deformácii karbidu. Tieto trimetaly sú opláštené spájkovacím plnivom spojeným s oboma stranami medeného jadra.  

    ·Aj keď veľká časť diskusie bola okolo spájkovania karbidu volfrámu (WC), boli by sme zle, keby sme nespomenuli polykryštalický diamant alebo PCD. Teplota spájkovania pre PCD sa vo všeobecnosti udržiava pod 1382 °F (750 °C), aby sa zabránilo degradácii diamantu.  Výrobcovia PCD hrotov na oceľové telá často používajú nízkoteplotný, vysokostrieborný spájkovací kov, ako je spájkovacia zliatina BAg-24.  Niektorí výrobcovia používajú spájkovaciu zliatinu bez niklu alebo mangánu, ako je spájkovacia zliatina BAg-5 alebo BAg-7, s nižšími teplotami taveniny a nižšími zmáčavými vlastnosťami karbidu a ocele.

    Spájkovacie tavidlo sa používa na zabránenie oxidácii povrchov, ktoré sa majú spojiť počas zahrievania zostavy.  Práškové tavivo sa používa s bežnými spájkovacími zliatinami striebra.  Čierny taviaci prášok zvyčajne odporúčajú výrobcovia spájok a taviva, pretože obsahuje bór a je účinnejší pri vyšších teplotách.

    Pre karbid sa používa niekoľko spájkovacích zliatin. Klasika je BAG-3, 50% striebro s kadmiom.  Je to vynikajúci produkt, ale obsahuje kadmium. Bežne sa používa BAG-7, 56% striebro s cínom, pretože ľahko zmáča; je to však veľmi slabá spájkovacia zliatina a zlyhanie spoja je pri tejto zliatine bežné. Najpevnejšia nekadmiová zliatina je BAG-22, 49% striebro s mangánom, ale v toku je trochu gumovitá. BAG-24, 50% striebro, neobsahuje kadmium a je kompromisom.  Tečie dobre, ale je asi o 40% slabší ako BAG-3 a BAG-22.

    Dôrazne uprednostňujeme Black Flux, hoci mnohí úspešne spájkujú s White Flux. V oboch prípadoch ide jednoznačne o vysokoteplotné toky. Okrem toho sme zistili, že čistený Black Flux poskytuje lepší prietok a pevnejšie spoje ako obyčajný Black Flux.  

    Poslednou oblasťou, kde sú chyby bežné, je návrh spojov. Vyškolení zvárači zvyčajne chcú zmontovať diely a potom spustiť guľôčku. Keď spájkujú, chcú zmontovať diely a potom nasávať spájkovaciu zliatinu do spoja.   

    Pri spájkovaní karbidu je často oveľa efektívnejšie taviť boky a spodok zárezu a potom vložiť kúsky taveného zliatinového drôtu pod karbid.  Všetko, čo potom robíte, je zahrievať, kým sa karbid neusadí na mieste.   

    Štandardom by malo byť, že karbid praskne alebo sa oceľ roztrhne skôr, ako spoj zlyhá.