Punti di conoscenza degli strumenti di Diamond Brazing (Parte 1)

 

Parole chiave: diamanti, strumenti di diamanti, materiali di brasatura, tecnologia brasatura, applicazione della tecnologia di brasatura negli strumenti di diamanti

 

 

 

Il diamante è un materiale funzionale che combina molte proprietà eccellenti. Fino ad oggi è il materiale naturale più duro scoperto e le sue proprietà ottiche, termiche e meccaniche uniche ne aumentano ulteriormente il suo stato di materiale funzionale. Il diamante è diviso in due categorie principali: diamante naturale e diamante sintetico. Il diamante sintetico è ulteriormente diviso in diamante a cristallo singolo e policristallino. Tutti e tre i tipi di diamante possono essere utilizzati per creare strumenti di diamanti.

 

Negli ultimi anni, la produzione globale di diamanti sintetici ha raggiunto 15 miliardi di carati, con la Cina che si è costantemente classificata prima nella produzione di diamanti sintetici. La Cina, un latecomero del mercato, ha sperimentato un rapido sviluppo nel settore degli strumenti di diamanti negli ultimi due decenni, non solo raggiungendo la produzione più alta del mondo, ma sviluppando anche una gamma completa di nuovi strumenti.

Gli strumenti di diamanti hanno una vasta gamma di applicazioni, principalmente nella lavorazione delle pietre, nella modifica della ceramica, nella perforazione geologica, nella perforazione del petrolio e nel mining. Svolgono anche un ruolo importante nella costruzione, nei materiali da costruzione, nella lavorazione, nella lavorazione del vetro ottico e dei gioielli, e l'elettronica e le industrie elettriche. La produzione moderna è sempre più impegnativa degli strumenti di diamanti e la produzione di attrezzature di fascia alta dipende sempre più dallo sviluppo di utensili da taglio a diamanti. Il taglio e la macinazione ad alta velocità, ad altissima velocità, ad alta precisione e ultra-precisione, in particolare per la lavorazione di materiali duri, fragili ed estremamente duri, sono ora inseparabili dagli strumenti di diamanti. Gli strumenti di diamanti possono essere classificati per applicazione, compresi strumenti di segatura, strumenti di macinazione e lucidatura, strumenti di taglio, strumenti di perforazione e stampi per il disegno di filo.

 

 

Gli strumenti di segale di diamanti sono classificati per forma, tra cui lame di sega a circole di diamanti, seghe da banda di diamanti, seghe a filo di diamanti, seghe a filo di diamanti e seghe a foro di diamanti. Le lame di sega a circole di diamanti sono attualmente lo strumento di segatura più comune nelle industrie di pietra e costruzioni, ampiamente utilizzate per tagliare prodotti come granito, marmo, ceramica e cemento. Nel contesto della produzione verde, le lame di sega a circole di diamanti si stanno sviluppando verso seghe combinate multi-blade, con seghe combinate e seghe da gang sono esempi tipici. Le seghe da gang presentano dozzine di lame di sega a diamante montate fianco a fianco su una cornice, che ottengono un'efficienza di taglio più volte maggiore rispetto alle seghe abrasive convenzionali. I tagli risultanti creano sezioni trasversali lisce, persino, riducendo significativamente il carico di lavoro di macinazione e lucidatura. Le seghe a filo diamantato vengono generalmente utilizzate per il granito e il marmo di cava, il taglio del cemento rinforzato o il taglio delle strutture metalliche e stanno gradualmente passando alla lavorazione di pietre e lastre a forma speciale. Le seghe a filo di diamanti sono in grado di taglio preciso e stretto di materiali duri e fragili, rendendole ampiamente utilizzate in semiconduttore e taglio delle celle fotovoltaiche. Dimostrano anche vantaggi unici nella lavorazione della ceramica, del quarzo, del legno e di altri materiali.

 

Gli strumenti di macinazione e lucidatura dei diamanti sono un termine generale per abrasivi di forma geometricamente legati a diamanti usando un legante. Gli abrasivi di diamanti offrono una finitura ad alta macinazione, elevata efficienza, bassi costi di elaborazione e una lunga durata del prodotto. Gli strumenti di macinazione di diamanti comuni includono dischi di macinazione, blocchi di macinazione, teste di macinazione, tazze di macinazione, tamburi, rulli, ruote da quadrati, ruote a fresatura, ruote tangenziali, ruote di affilazione, bastoncini di affilazione e blocchi di affinatura.

 

Gli strumenti di diamanti sono caratterizzati da una durezza estremamente elevata e resistenza all'usura, modulo elastico elevato, basso coefficiente di attrito, basso coefficiente di espansione termica, trasferimento di calore eccellente e bassa adesione ai metalli non ferrosi. Gli strumenti di diamanti possono essere utilizzati per la lavorazione di materiali non metallici duri e fragili (come ceramica, grafite e materiali compositi), nonché per la lavorazione di precisione di materiali non ferrosi difficili (come leghe di rame e leghe di alluminio). Gli strumenti di diamanti sono disponibili in un'ampia varietà di tipi, ciascuno con prestazioni, struttura, metodi di preparazione e aree di applicazione significativamente variabili. Gli strumenti di diamanti comuni includono strumenti di tornitura a diamante, fresature di diamanti, strumenti noiosi di diamanti, battute di diamanti, pezzi di perforazione di diamanti e strumenti di formazione di diamanti.

 

I bit di perforazione di diamanti sono strumenti di perforazione avanzata, che offrono un'elevata efficienza di perforazione, alta qualità dei fori, un'intensità di manodopera minima e bassi costi di perforazione. I bit per trapano a diamante sono principalmente classificati per applicazione, tra cui pezzi di trapano petrolifero, pezzi di perforazione del carbone, pezzi di perforazione di esplorazione geologica, pezzi di perforazione di esplorazione ingegneristica, pezzi di perforazione ingegneristica a parete sottile, pezzi di perforazione di vetro e pezzi di perforazione di materiale composito.

 

 

 

A causa delle limitazioni nella tecnologia di produzione di diamanti, le singole particelle di diamante sono relativamente piccole, spesso fornite come particelle fini o addirittura polvere. Ciò presenta sfide nell'applicazione di diamanti. Poiché Diamond può realizzare pienamente le sue eccellenti proprietà solo se attaccato a un materiale a matrice, il legame con la matrice è cruciale per la sua applicazione.

 

Il diamante è intrinsecamente incompatibile con la maggior parte dei metalli. Fisicamente, le proprietà dei diamanti non sono compatibili con altri materiali e chimicamente, metallurgicamente, sono incompatibili e limitanti il legame diamante.

 

All'inizio dell'applicazione industriale di diamanti, l'impostazione meccanica era il metodo principale, come si vede in strumenti come le penne diamantate e le taglierine di vetro. Questi strumenti richiedono grandi particelle di diamante.

 

Per particelle di diamante più piccole, l'impostazione meccanica è quasi impossibile, portando allo sviluppo di metodi di impostazione fissa elettroplati. Il processo generale per gli utensili per diamanti elettroplativi è il seguente: lavorazione del corpo degli strumenti, ispezione dimensionale, trattamento meccanico, sgrassamento, decapaggio, trattamento dell'isolamento, rimozione della ruggine, lavaggio dell'acqua calda e fredda, incisione anodica, lavaggio dell'acqua calda e fredda, elettroplazione, applicazione del diamante, addensando lo strato di placcatura, pulizia del serbatoio, rimozione dell'idrogeno, ispezione e strumenti finiti.

 

I diamanti elettroplati hanno una bassa resistenza alla tenuta e un'esposizione a bassa diamante, che influenzano la forza di taglio e la nitidezza. Gli strumenti di diamanti brasati affrontano queste carenze. Gli strumenti di diamanti brasati sono classificati come set di superficie e impregnati. Gli strumenti di set superficiale coinvolgono il brasatura del diamante direttamente sulla superficie del substrato, mentre gli strumenti impregnati coinvolgono il diamante sinterizzato con altri materiali per formare un composito. Il processo di sinterizzazione del Diamond Composite è essenzialmente un processo di brasatura di diffusione tra il diamante e il substrato. Premendo a caldo il diamante e il carburo in un compatto (PDC), il legame diamantato viene trasformato in un legame in carburo.

 

 

Il processo di sinterizzazione della matrice di diamanti (comunemente nota come lama) è anche un processo di brasatura della diffusione. Il brasatura degli utensili a diamante può essere classificato in tre tipi principali: brasatura per utensili a strato singolo, brasatura a lama di diamanti e brasatura in lamiera composita PDC.

 

La sinterizzazione calda o fredda delle pale di diamanti è un tipico processo di brasatura della diffusione. All'inizio della produzione di lama di diamanti, la polvere di metallo a bassa temperatura era in genere brasata a diffusione di fusione con polvere di metallo ad alta temperatura per fissare ulteriormente il diamante. Con i progressi tecnologici, sono emerse polveri pre-legate attive contenenti elementi di formazione in carburo (come cromo, titanio, vanadio e molibdeno). Il brasatura di diffusione o il brasatura si ottiene reagendo la polvere pre-legata attiva con diamante per formare carburi. La formazione di carburo è lenta, risultante dalla reciproca diffusione e migrazione degli elementi attivi nella polvere pre-legata e dal carbonio nel diamante. Questo processo richiede un lungo periodo di tempo a una certa temperatura per la diffusione atomica e la reazione, rendendo la sinterizzazione a caldo più facilmente raggiunge questo processo di diffusione.

 

Gli strumenti di diamanti a strato singolo utilizzano in genere un metallo di riempimento brasatura attivo o a base di nichel. Questo processo, attraverso la presenza di forti elementi o leghe che formano in carburo, crea un legame metallurgico chimico tra il materiale della matrice e il diamante, migliorando la presa dello strato di brasatura sul diamante. Gli strumenti brasati a strato singolo presentano un'alta percentuale di diamanti esposti che resistono allo spargimento, con conseguente taglio affilato e un'eccellente rimozione del chip. La disposizione ordinata dei diamanti non solo garantisce una distribuzione razionale dello strato di diamanti sulla superficie dell'utensile, massimizzando la potenza di taglio del diamante, ma riduce anche significativamente l'utilizzo del diamante, abbassando i costi dello strumento e migliorando l'efficienza di taglio.

 

Brazing Diamond Strumento Suggerimenti presentano sfide uniche. Innanzitutto, le punte degli utensili sono prodotti di metallurgia in polvere con numerosi capillari. In secondo luogo, le punte degli utensili sono sinterizzate, con conseguente presenza di ossidi sia sulla superficie che all'interno. In terzo luogo, le composizioni della punta dello strumento variano, ponendo richieste significative su materiali e processi di brasatura.

 

Poiché la temperatura di riscaldamento consentita da PCD è limitata (generalmente temperature resistenti al calore non superiori a 720-780 gradi), vengono utilizzati principalmente materiali di brasatura a base d'argento. Tuttavia, i comuni materiali di brasatura a base d'argento hanno una bassa resistenza al calore e scarsa bagnabilità per diamanti e carburo. Attualmente sono disponibili materiali di brasatura degli strumenti PDC specializzati in grado di soddisfare i requisiti di brasatura PDC migliorando la resistenza e le proprietà di affaticamento del materiale di brasatura e ottimizzando il processo di brasatura.

 

 

 

Dopo gli anni '30, i principi della metallurgia delle polveri iniziarono ad essere usati per produrre lame circolari di sega a diamante. I primi strumenti sono stati principalmente sinterizzati da polvere di metallo scheletro di diamante, a punto di fusione, polvere di metallo elementare a basso punto di fusione e materiali di riempimento, con la polvere di metallo a basso punto di fusione che funge da riempitore di brasature. Dopo gli anni '60, gli strumenti di Diamond si svilupparono rapidamente e un numero crescente di istituzioni iniziò sistematicamente alla ricerca di polveri a matrice. Filler di brasatura in polvere pre-legati, in particolare, ha suscitato una crescente attenzione per le loro proprietà di brasatura di diffusione all'interno degli strumenti di diamanti.

 

Durante l'uso di strumenti di diamanti, una quantità significativa di diamante viene persa a causa dell'usura della matrice, piuttosto che l'usura e il fallimento dei diamanti stessi. Ciò si traduce in un tasso di utilizzo del diamante relativamente basso. Questo perché la produzione tradizionale del segmento di diamanti si basa sull'incapsulamento meccanico dei diamanti all'interno della matrice. Poiché i diamanti non bagnano il materiale della matrice metallica, una volta che la matrice si indossa a una certa altezza, i diamanti si separano facilmente dalla matrice metallica, riducendo significativamente le prestazioni e la vita dello strumento di diamanti. Migliorare la capacità di incapsulamento del diamante della matrice è la misura tecnica più efficace per prevenire la perdita prematura del diamante. Inizialmente, questo approccio si è concentrato principalmente sul miglioramento della presa attraverso l'estrusione meccanica e l'incapsulamento, derivanti da trasformazioni di fase nella polvere di matrice. Negli ultimi due decenni, si è intensificata la ricerca sul legame metallurgico chimico delle polveri pre-legate attive con diamante.

 

L'aggiunta di forti elementi di formazione in carburo come nichel, titanio, zirconio, vanadio, cromo, molibdeno e tungsteno alle polveri pre-legate migliorano la bagnabilità della lega al diamante e, attraverso brasature di diffusione durante il processo di sinterizzazione, rafforza il legame chimico tra la matrice e il diamante. Ciò aumenta l'altezza del bordo del diamante durante la macinazione, migliorando l'efficienza di taglio e l'utilizzo del diamante. Inoltre, la polvere pre-legata, che funge da metallo di riempimento brasatura, migliora la stabilità e la consistenza dei bit di taglio a diamante. Il laboratorio chiave di stato di nuovi materiali e tecnologie di brasatura ha sistematicamente studiato metalli di riempimento di brasatura in polvere basati sul meccanismo di brasatura della diffusione delle polveri, sviluppando una serie di metalli di riempimento in polvere a base in polvere a base di argento e rame, incluso FBAG625, FBAG737, FBCU14, FBCU17, FBCU18, FBCU70 e FBCU423.

Poiché l'intervallo di temperatura di fusione delle polveri pre-legate è compatibile con la temperatura di sinterizzazione dei bit degli utensili a diamante, la pressione a caldo e la sinterizzazione sono processi di brasatura di diffusione, mentre la pressione a freddo e la sinterizzazione sono processi transitori di brasatura a diffusione della fase liquida. Sia i processi di pressione calda che a freddo consentono le reazioni di bagnatura tra elementi a punto di fusione e diamante a temperature moderate.

 

Le polveri reattive pre-legate, in sostituzione di polveri in metallo elementare, sono usate nella sinterizzazione brasatura di compositi di diamante impregnati, affrontando colli di bottiglia tecnici come miscelazione irregolare di polveri di matrice ad alto contenuto di assi, volati di volatili, volati di volatili, volati di votanti a basso contenuto di mezzi di risveglio, perdita di risarcimento a basso livello, perdita di votanti a basso livello, a basso livello di pressione medio-pressione, perdita di votanti a basso livello, a basso contenuto di pressioni per la pressione di metallo, a bassa pressione medio-sceneggiatura, perdita di votanti ad alto livello, a bassa pressione metivalturazione, a bassa pressione metival-pressione, a basso livello di pressione medio-disprezzo, perdita di risarcimento a bassa fasciatura a trazione per mestieri, a bassa pressione medio-sceneggiatura, a bassa pressione medio-capimento. di componenti e forza di legame instabile. L'effetto di mantenimento meccanico della matrice sull'assorbimento di diamanti è ottimizzato per una connessione composita intarsio/brasatura, che migliora l'altezza e la nitidezza della lama di diamante. Quando si taglia il granito con una lama preparata con polvere pre-legata sviluppata dal laboratorio statale di nuovi materiali e tecnologie di brasatura, la velocità di taglio può essere aumentata di 1,5 a 2 volte e la vita della lama della sega può essere estesa di 1,2 a 1,6 volte.

 

 

Il brasatura diretta di strumenti a diamante a strato singolo viene utilizzato principalmente nella produzione di penne per medicazione a rotelle, strumenti di misurazione, strumenti di pietra, pietre preziose o incisioni di vetro e ruote a macinatura a diamante, ruote a macinatura diamantata e file di diamanti. Il processo di brasatura raggiunge un legame metallurgico tra il diamante, il metallo di riempimento brasatura e il substrato metallico, risultando in un'elevata resistenza del legame. L'altezza del bordo del diamante è significativamente maggiore di quella ottenuta con l'elettroplatura. Di conseguenza, gli strumenti di diamanti a strato singolo brasate sono affilati, hanno una grande altezza da chip, sono meno suscettibili all'ospitazione durante l'uso e ottengono un alto utilizzo della grinta a diamante.

 

La maggior parte delle leghe in metallo di riempimento brasatura ha difficoltà a bagnare il diamante e il diamante è suscettibile alla grafitizzazione e all'ossidazione ad alte temperature. A causa della temperatura di transizione della grafitizzazione del diamante, la temperatura di brasatura non deve superare i 1050 gradi, anche in un ambiente di vuoto. Diamond Brazing ha una selezione limitata di metalli di riempimento brasatura. Il metallo di riempimento selezionato deve garantire una buona bagnatura con diamante e formare un legame chimico e metallurgico con esso. Deve anche mantenere la nitidezza ed evitare una corrosione eccessiva. Inoltre, le proprietà di usura di Filler Metal devono essere compatibili con il materiale da lavorare per garantire un'esposizione al diamante ottimale e una durata di lunga durata.

 

Elementi che formano in carburo come titanio, zirconio, cromo e bene a diamante bagnato del vanadio, ma le loro temperature di fusione sono troppo alte, facendo sì che il diamante diventasse gratizzato gravemente a temperature elevate. Cobalto, ferro e alluminio diamante bagnato effettivamente nel loro stato liquido, ma sono gravemente corrosivi nel loro intervallo di temperatura bagnato. Attualmente, vengono utilizzati due processi comuni per migliorare la bagnabilità dei diamanti e ridurre i danni termici. Uno comporta l'aggiunta di elementi attivi alle leghe di brasatura convenzionali per migliorare la loro bagnabilità e affinità per il diamante. L'altro prevede il rivestimento della superficie del diamante con il metallo. Quando si brama con leghe di brasatura a punta ad alto fusione, il metallo di superficie protegge efficacemente il diamante, riducendo al minimo il danno termico e migliorando la sua bagnabilità.

 

Vengono creati due principali tipi di nuove leghe di brasatura aggiungendo elementi attivi alle leghe di brasatura convenzionali: leghe di brasatura a base di rame e basate su argento come Ag-Cu, Cu-SN e NI-CR. Le leghe di brasatura a basso punto di fusione Ag-Cu e Cu-SN sono progettate principalmente per ridurre al minimo il danno termico al diamante, ma lo strumento brasatura risultante è debole, rendendo difficile ottenere macinazione aggressiva. Gli strumenti di diamanti brasati con leghe Ni-CR presentano un'eccellente resistenza all'usura e resistenza ad alta temperatura.

I processi per gli strumenti di diamanti a cristallo singolo o singolo a strato singolo includono brasatura del forno a vuoto, brasatura laser e brasatura a induzione ad alta frequenza a gas schermato. Il brasatura in un forno a vuoto ha un'elevata efficienza di produzione e riscaldamento uniforme e può saldare i pezzi con strutture complesse e grandi dimensioni. Il brasatura laser utilizza un raggio laser come fonte di calore di saldatura. Durante la saldatura, il pezzo viene riscaldato localmente rapidamente e il diamante rimane in uno stato ad alta temperatura per un breve periodo, il che può effettivamente impedire al diamante di sottoporre la grafitizzazione. Il brasatura a induzione ad alta frequenza schermata a gas utilizza l'induzione ad alta frequenza per riscaldare contemporaneamente il substrato e la lega di brasatura. Ha una temperatura di riscaldamento elevata, una velocità di riscaldamento rapida ed è facile controllare la temperatura. Può anche riscaldare localmente ed è facile da ottenere un controllo automatico.

 

Questo articolo discute i principi della tecnologia di brasatura utilizzata negli strumenti di Diamond Brazed, lo sviluppo della tecnologia di brasatura e le informazioni su materiali di brasatura, processi e attrezzature. Propone inoltre la direzione futura della tecnologia di brasatura nel settore degli strumenti di diamanti.

 

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Contenuto di questo articolo:

• 1. Strumenti di diamanti e le loro classificazioni
• 2. Forme di connessioni di diamanti
• 3. Applicazioni della tecnologia di brasatura negli strumenti di diamanti
• 4. Braso di diffusione durante la sinterizzazione della matrice di diamanti
• 5. brasatura di strumenti a diamante a strato singolo
• 6. brasatura di segmenti di diamanti da matrice
• 7. brasatura dei compositi di diamanti
• 8. Attrezzatura e processi di brasatura degli utensili diamanti
• 9. Tendenze di sviluppo nel brasatura degli utensili diamanti
• 10. Conclusione

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