(1) Caractéristiques du brasage : les problèmes rencontrés dans le brasage polycristallin au graphite et au diamant sont très similaires à ceux rencontrés dans le brasage céramique. Comparée au métal, la brasure mouille difficilement les matériaux polycristallins au graphite et au diamant, et son coefficient de dilatation thermique est très différent de celui des matériaux de structure classiques. Ces deux matériaux sont chauffés directement à l'air, et une oxydation ou une carbonisation se produit lorsque la température dépasse 400 °C. Par conséquent, le brasage sous vide doit être utilisé, avec un degré de vide d'au moins 10-1 Pa. La résistance mécanique de ces deux matériaux étant faible, des fissures peuvent apparaître en cas de contrainte thermique pendant le brasage. Privilégiez un métal d'apport à faible coefficient de dilatation thermique et contrôlez rigoureusement la vitesse de refroidissement. Étant donné que la surface de ces matériaux n'est pas facile à mouiller par les métaux d'apport de brasage ordinaires, une couche de 2,5 à 12,5 µm d'épaisseur de W, Mo et d'autres éléments peut être déposée sur la surface des matériaux polycristallins en graphite et en diamant par modification de surface (revêtement sous vide, pulvérisation ionique, pulvérisation plasma et autres méthodes) avant le brasage et former des carbures correspondants avec eux, ou des métaux d'apport de brasage à haute activité peuvent être utilisés.
Le graphite et le diamant existent en plusieurs nuances, qui diffèrent par la granulométrie, la densité, la pureté et d'autres aspects, et présentent des caractéristiques de brasage différentes. De plus, si la température des diamants polycristallins dépasse 1 000 °C, le taux d'usure polycristallin diminue, et il diminue de plus de 50 % au-delà de 1 200 °C. Par conséquent, lors du brasage sous vide du diamant, la température de brasage doit être maintenue en dessous de 1 200 °C et le degré de vide ne doit pas être inférieur à 5 × 10-2 Pa.
(2) Le choix du métal d'apport de brasure dépend principalement de l'utilisation et du traitement de surface. Pour les matériaux résistants à la chaleur, il est recommandé de choisir un métal d'apport présentant une température de brasage élevée et une bonne résistance à la chaleur. Pour les matériaux résistants à la corrosion chimique, il est recommandé de choisir un métal d'apport présentant une température de brasage basse et une bonne résistance à la corrosion. Pour le graphite après métallisation de surface, il est possible d'utiliser une brasure au cuivre pur, très ductile et résistante à la corrosion. Les brasures actives à base d'argent et de cuivre présentent une bonne mouillabilité et fluidité sur le graphite et le diamant, mais la température de service des joints brasés est difficile à dépasser 400 °C. Pour les composants en graphite et les outils diamantés utilisés entre 400 °C et 800 °C, on utilise généralement des métaux d'apport à base d'or, de palladium, de manganèse ou de titane. Pour les joints utilisés entre 800 °C et 1 000 °C, on utilise des métaux d'apport à base de nickel ou de foret. Lorsque des composants en graphite sont utilisés au-dessus de 1000 ℃, des métaux d'apport en métal pur (Ni, PD, Ti) ou des métaux d'apport en alliage contenant du molybdène, du Mo, du Ta et d'autres éléments pouvant former des carbures avec du carbone peuvent être utilisés.
Pour le graphite ou le diamant sans traitement de surface, les métaux d'apport actifs du tableau 16 peuvent être utilisés pour le brasage direct. La plupart de ces métaux d'apport sont des alliages binaires ou ternaires à base de titane. Le titane pur réagit fortement avec le graphite, ce qui peut former une couche de carbure très épaisse. Son coefficient de dilatation linéaire est très différent de celui du graphite, ce qui facilite la formation de fissures. Il ne peut donc pas être utilisé comme brasure. L'ajout de Cr et de Ni au Ti permet d'abaisser le point de fusion et d'améliorer la mouillabilité avec les céramiques. Le Ti est un alliage ternaire, principalement composé de TiZr, avec ajout de TA, de Nb et d'autres éléments. Son faible coefficient de dilatation linéaire permet de réduire les contraintes de brasage. Cet alliage ternaire, principalement composé de TiCu, convient au brasage du graphite et de l'acier, et offre une excellente résistance à la corrosion.
Tableau 16 métaux d'apport de brasage pour le brasage direct du graphite et du diamant
(3) Procédé de brasage : les méthodes de brasage du graphite peuvent être divisées en deux catégories : le brasage après métallisation de surface et le brasage sans traitement de surface. Quelle que soit la méthode utilisée, la soudure doit être prétraitée avant l'assemblage et les contaminants de surface du graphite doivent être nettoyés à l'alcool ou à l'acétone. En cas de brasage avec métallisation de surface, une couche de Ni, de Cu ou de Ti, de Zr ou de disiliciure de molybdène doit être déposée sur la surface du graphite par projection plasma, puis un métal d'apport à base de cuivre ou d'argent doit être utilisé pour le brasage. Le brasage direct avec brasure active est la méthode la plus répandue actuellement. La température de brasage peut être choisie en fonction de la brasure fournie dans le tableau 16. La brasure peut être serrée au centre du joint brasé ou près d'une extrémité. Pour le brasage avec un métal à fort coefficient de dilatation thermique, du Mo ou du Ti d'une certaine épaisseur peut servir de couche tampon intermédiaire. La couche de transition peut produire une déformation plastique lors du brasage, absorber les contraintes thermiques et éviter la fissuration du graphite. Par exemple, le Mo est utilisé comme joint de transition pour le brasage sous vide de composants en graphite et en hastelloyn. La brasure B-pd60ni35cr5, offrant une bonne résistance à la corrosion par sels fondus et aux radiations, est utilisée. La température de brasage est de 1260 °C et maintenue pendant 10 minutes.
Le diamant naturel peut être brasé directement avec du b-ag68.8cu16.7ti4.5, du b-ag66cu26ti8 et d'autres brasures actives. Le brasage doit être réalisé sous vide ou sous faible protection d'argon. La température de brasage ne doit pas dépasser 850 °C et une vitesse de chauffe plus rapide doit être sélectionnée. Le temps de maintien à la température de brasage ne doit pas être trop long (généralement environ 10 s) afin d'éviter la formation d'une couche continue de tic à l'interface. Lors du brasage du diamant et de l'acier allié, une couche intermédiaire en plastique ou en alliage à faible dilatation doit être ajoutée en transition afin d'éviter la détérioration des grains de diamant par une contrainte thermique excessive. L'outil de tournage ou d'alésage pour l'usinage de haute précision est fabriqué par brasage, qui brase 20 à 100 mg de fines particules de diamant sur le corps en acier, et la résistance du joint de brasage atteint 200 à 250 MPa.
Le diamant polycristallin peut être brasé à la flamme, à haute fréquence ou sous vide. Le brasage à haute fréquence ou à la flamme est recommandé pour la découpe de métal ou de pierre avec une lame de scie circulaire diamantée. Un métal d'apport actif Ag Cu Ti à bas point de fusion est recommandé. La température de brasage doit être inférieure à 850 °C, le temps de chauffe doit être court et le refroidissement doit être lent. Les trépans en diamant polycristallin utilisés pour le forage pétrolier et géologique sont difficiles à travailler et supportent d'importantes charges d'impact. Un métal d'apport à base de nickel peut être utilisé, et une feuille de cuivre pur peut être utilisée comme couche intermédiaire pour le brasage sous vide. Par exemple, 350 à 400 capsules de diamant polycristallin colonnaire de Ф 4,5 à 4,5 mm sont brasées dans des perforations en acier 35CrMo ou 40CrNiMo pour former des dents de coupe. Le brasage sous vide est adopté, et le degré de vide n'est pas inférieur à 5 × 10-2Pa, la température de brasage est de 1020 ± 5 ℃, le temps de maintien est de 20 ± 2 min et la résistance au cisaillement du joint de brasage est supérieure à 200mpa
Lors du brasage, le poids propre de la pièce soudée doit être utilisé autant que possible pour l'assemblage et le positionnement afin que la pièce métallique comprime le graphite ou le matériau polycristallin en partie supérieure. Lors de l'utilisation d'un dispositif de positionnement, celui-ci doit avoir un coefficient de dilatation thermique similaire à celui de la pièce soudée.
Date de publication : 13 juin 2022