Soluciones para la soldadura de herramientas de diamantes de una sola capa

Resumen y análisis del estado de investigación de las herramientas de diamantes de una sola capa:
1. Investigación sobre aleaciones de soldadura 
1.1 aleaciones a base de níquel

• Ampliamente utilizado, como las aleaciones de Ni-CR (que contienen Cr, Si, B y otros elementos) a través de la inducción de alta frecuencia o la soldadura de vacío (1050 grados -1100 grado, la preservación del calor durante varios segundos a varios minutos), la interfaz genera carburos como CR₃C₂ y CR₇C₃, lo que mejora significativamente la fuerza de vinculación.
• Suiza utiliza la pulverización de llamas combinada con soldadura de argón blindada, y Alemania verifica que su eficiencia de molienda es más de 3.5 veces mayor que la de las herramientas de electro Explatación. -
• La Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Nanjing en China confirmó que la capa de carburo es la clave para unirse a través del análisis de reacción de la interfaz.

 

1.2 aleaciones a base de plata

• El relleno de soldadura AG-CU-TI (como AG67%-CU20%-TI12%) genera una capa de tic en la soldadura de vacío, y la fuerza de unión alcanza 133MPA (Harbin Institute of Technology).
• Las aleaciones de AG-Cu con CR agregada se pueden soldar en el aire, y CR₃C₂ se genera en la interfaz para evitar la grafitización de diamantes a altas temperaturas (Universidad de Aeronáutica y Astronautia de Nanjing).

 

1.3 aleaciones a base de cobre

• Cu-Sn-Ti-Zr y otras aleaciones forman estructuras de TIC multicapa a través de la soldadura de vacío (930 ° C). El material de soldadura casero a base de cobre casero de la Universidad de Xi'an Jiaotong tiene una baja temperatura de soldadura, reduce el daño térmico de las partículas abrasivas y tiene una adaptabilidad más amplia.
• La Universidad de Taiwán comparó la soldadura por vacío y láser y descubrió que las condiciones de vacío forman películas de tic continuas, mientras que los procesos láser solo generan capas discontinuas.

 

2. Proceso de soldadura y optimización de parámetros 
2.1 método de proceso

• Soldadura de inducción de alta frecuencia: La velocidad rápida (varios segundos a decenas de segundos), adecuada para aleaciones a base de níquel, requiere argón o protección de gas local.
• Solución de soldadura del horno de vacío:Control de temperatura precisa (como 920 ° C -1000 ° C, aislamiento para 10-25 minutos), reacción de interfaz suficiente y protección del diamante de la oxidación.
• Soldadura por láser: Los experimentos en la Universidad de Taiwán muestran que es altamente eficiente (completado en 10 segundos), pero la continuidad de la capa de carburo de interfaz es pobre.

 

 

 

2.2 Parámetros de clave

• Temperatura: Demasiado alto conducirá a la grafitización del diamante (por ejemplo, la soldadura de Ag-Cu-Ti tiene la mejor resistencia de unión a 940 ° C).
• Tiempo de retención en caliente: Las aleaciones basadas en CR requieren un tiempo más corto (6-30 segundos) para evitar la difusión excesiva; Las aleaciones a base de cobre requieren 10 minutos para garantizar una reacción de interfaz suficiente.
• Atmósfera protectora: Argón o vacío (0. 2PA -6 × 10⁻³Pa) puede reducir la oxidación y mejorar la humectabilidad.

 

3. Reacción de interfaz y mecanismo de enlace

• Los metales de transición (TI, Cr) reaccionan con la superficie del diamante para formar una capa de carburo (CR₃C₂, TIC, etc.), formando un enlace metalúrgico.
• La difusión y enriquecimiento de CR en soldadura a base de níquel es la clave, mientras que la soldadura a base de plata depende de la reacción activa de Ti.
• La morfología de los carburos en la interfaz afecta la fuerza de unión. Por ejemplo, CR₇C₃ y CR₃C₂ en forma de brote tienen diferentes efectos sobre la estabilidad de la unión.

 

4. Tecnología de disposición de optimización de grano abrasivo
4.1 Propósito:

Aumente el espacio de las chips, reduzca la temperatura de molienda y extienda la vida útil de la herramienta (por ejemplo, la disposición optimizada puede reducir a la mitad la cantidad de diamante y duplicar la velocidad de corte).

 

4.2 Método de implementación

• Tecnología de replicación: la plantilla de SI imprime una película de diamantes depositada microporosa, adecuada para abrasivos de tamaño pequeño.
• Método de distribución de moldes de concha: recubrimiento refractario agujeros preestablecidos para llenar el material de soldadura y los granos abrasivos, adecuados para herramientas de superficie curva compleja.
• Prototipos rápidos láser: use el escaneo láser de datos CAD para la soldadura de punto fijo, con alta precisión pero alto costo.

 

5. Comparación de rendimiento y efecto de aplicación

• En comparación con las herramientas de electroplatación y sinterización, la altura de exposición a grano abrasivo de las herramientas soldadas es mayor (hasta el 70%), la resistencia a la unión se mejora y la tasa de desprendimiento de diamantes se reduce significativamente.

 

5.1 Casos de prueba:

• La vida de las ruedas de molienda de diamantes soldados es más de 3 veces que la de las ruedas de molienda electrochada, y la temperatura de molienda de alta eficiencia se reduce en un 30%-50%.
• La eficiencia de las cuchillas de sierra soldados de una sola capa en el procesamiento de granito es 4.9 veces mayor que la de las herramientas electrochadas.

 

 

6. Desafíos actuales y direcciones futuras
6.1 Dificultades de procesamiento:

• Control de alto rendimiento de la estabilidad de producción en masa, partículas abrasivas de grano fino (como la distribución uniforme del diamante de grado de micro-pole).

 

6.2 Instrucciones de investigación:

• Mejora de la composición del material de soldadura (como agregar elementos de tierras raras para regular la humectabilidad).
• Producción automatizada (prototipos rápidos de soldadura por láser, investigación y desarrollo de equipos de disposición automáticos abrasivos).
• Expanda las áreas de aplicación (como brocas de perforación de aceite, procesamiento de cerámica de precisión, etc.).

 

Conclusión de investigación
La tecnología de soldadura mejora significativamente el rendimiento de las herramientas de diamantes de una sola capa a través de la unión metalúrgica química interfacial. Los materiales de soldadura a base de níquel, a base de plata y a base de cobre tienen sus propias ventajas.

 

En el futuro, es necesario superar las dificultades de la producción a gran escala, combinar la optimización de la disposición abrasiva con el desarrollo de nuevos materiales de soldadura y promover su aplicación generalizada en el campo del procesamiento eficiente.