Pontos de conhecimento das ferramentas de diamante de brasagem (Parte 1)

 

Palavras -chave: diamante, ferramentas de diamante, materiais de brasagem, tecnologia de brasagem, aplicação de tecnologia de brasagem em ferramentas de diamante

 

 

 

O diamante é um material funcional que combina muitas excelentes propriedades. É o material natural mais difícil descoberto até o momento, e suas propriedades ópticas, térmicas e mecânicas exclusivas aumentam ainda mais seu status como material funcional. O diamante é dividido em duas categorias principais: diamante natural e diamante sintético. O diamante sintético é ainda dividido em um único cristal e diamante policristalino. Todos os três tipos de diamante podem ser usados para criar ferramentas de diamante.

 

Nos últimos anos, a produção global de diamantes sintéticos atingiu 15 bilhões de quilates, com a China se classificando consistentemente em primeiro lugar na produção de diamantes sintéticos. A China, um retardatário do mercado, experimentou um rápido desenvolvimento na indústria de ferramentas de diamantes nas últimas duas décadas, não apenas alcançando a produção mais alta do mundo, mas também desenvolvendo uma gama abrangente de novas ferramentas.

As ferramentas de diamante têm uma ampla gama de aplicações, principalmente em processamento de pedra, modificação de cerâmica, perfuração geológica, perfuração de petróleo e mineração. Eles também desempenham um papel importante nos materiais de construção, materiais de construção, usinagem, processamento de vidro óptico e jóias e indústrias eletrônicas e elétricas. A fabricação moderna é cada vez mais exigente ferramentas de diamante, e a fabricação de equipamentos de ponta dependente depende cada vez mais do desenvolvimento de ferramentas de corte de diamantes. Corte e trituração de alta velocidade, alta precisão e ultra-precisão, especialmente para o processamento de materiais duros, quebradiços e extremamente difíceis, agora são inseparáveis das ferramentas de diamante. As ferramentas de diamante podem ser categorizadas por aplicação, incluindo ferramentas de serra, ferramentas de moagem e polimento, ferramentas de corte, ferramentas de perfuração e matrizes de desenho de arame.

 

 

As ferramentas de serra de diamante são categorizadas por forma, incluindo lâminas de serra circular de diamante, serras de gangues de diamante, serras de fio de diamante, serras de arame de diamante e serras de orifício de diamante. Atualmente, as lâminas de serra circular de diamante são a ferramenta de serra mais comum nas indústrias de pedra e construção, amplamente usada para cortar produtos como granito, mármore, cerâmica e concreto. No contexto da fabricação verde, as lâminas de serra circular de diamante estão se desenvolvendo em direção a serras combinadas com várias lâminas, com serras combinadas e gangues sendo exemplos típicos. As serras de gangues apresentam dezenas de lâminas de serra de diamante montadas lado a lado em uma estrutura de serra, alcançando várias vezes maior eficiência de corte do que as serras abrasivas convencionais. Os cortes resultantes criam seções suaves e uniformes, reduzindo significativamente a carga de trabalho de retificação e polimento. As serras de fio de diamante são geralmente usadas para pedreira granito e mármore, cortando concreto armado ou estruturas de metais de corte e estão gradualmente em transição para o processamento de pedras e lajes de formato especial. As serras de arame de diamante são capazes de corte preciso e estreito de materiais rígidos e quebradiços, tornando-os amplamente utilizados no corte de células semicondutor e fotovoltaico. Eles também demonstram vantagens únicas no processamento de cerâmica, quartzo, madeira e outros materiais.

 

As ferramentas de moagem e polimento de diamantes são um termo geral para abrasivos de formato geometricamente ligados a diamantes usando um fichário. Os abrasivos de diamante oferecem alto acabamento, alta eficiência, baixos custos de processamento e uma longa vida útil do produto. As ferramentas comuns de moagem de diamantes incluem discos de moagem, blocos de moagem, cabeça de moagem, copos de moagem, bateria, rolos, rodas quadradas, rodas de moagem, rodas tangenciais, rodas de aprimoramento, bastões de aprimoramento e blocos de aprimoramento.

 

As ferramentas de diamante são caracterizadas por dureza extremamente alta e resistência ao desgaste, alto módulo de elástico, baixo coeficiente de atrito, baixo coeficiente de expansão térmica, excelente transferência de calor e baixa adesão a metais não ferrosos. As ferramentas de diamante podem ser usadas para usinar materiais não metálicos rígidos e quebradiços (como cerâmica, grafite e materiais compostos), bem como para a usinagem de precisão de materiais não ferrosos resistentes (como ligas de cobre e ligas de alumínio). As ferramentas de diamante vêm em uma ampla variedade de tipos, cada um com desempenho significativamente variável, estrutura, métodos de preparação e áreas de aplicação. As ferramentas comuns de diamante incluem ferramentas de torneamento de diamantes, cortadores de moagem de diamantes, ferramentas de perfuração de diamantes, braces de diamante, brocas de diamante e ferramentas de formação de diamantes.

 

Os bits de perfuração de diamantes são ferramentas avançadas de perfuração, oferecendo alta eficiência de perfuração, alta qualidade de orifícios, intensidade mínima de trabalho e baixos custos de perfuração. Os bits de broca de diamante são categorizados principalmente por aplicação, incluindo brocas de petróleo, brocas de carvão, brocas de broca de exploração geológica, brocas de exploração de engenharia, brocas de engenharia de parede fina, brocas de vidro e brocas de perfuração composta.

 

 

 

Devido a limitações na tecnologia de fabricação de diamantes, as partículas individuais de diamante são relativamente pequenas, geralmente fornecidas como partículas finas ou até em pó. Isso apresenta desafios na aplicação de diamantes. Como o diamante só pode perceber completamente suas excelentes propriedades quando anexado a um material da matriz, a ligação com a matriz é crucial para sua aplicação.

 

O diamante é inerentemente incompatível com a maioria dos metais. Fisicamente, as propriedades de diamante não são compatíveis com outros materiais e quimicamente, metalurgicamente, são incompatíveis, limitando a ligação de diamante.

 

Nos primeiros dias da aplicação industrial de diamantes, o cenário mecânico era o método principal, como visto em ferramentas como canetas de diamante e cortadores de vidro. Essas ferramentas requerem grandes partículas de diamante.

 

Para partículas menores de diamante, a configuração mecânica é quase impossível, levando ao desenvolvimento de métodos de configuração fixa eletroplatados. O processo geral para as ferramentas de diamante eletroplatador é o seguinte: usinagem corporal da ferramenta, inspeção dimensional, tratamento mecânico, desengorduramento, decapagem, tratamento de isolamento, remoção de ferrugem, lavagem de água quente e fria, gravura anódica, lavagem a quente e fria, eletroplicação, aplicação de diamante, torrendo a camada de arame, limpeza de tanques, remédio de hidrogênio, inspeção e inspeção e fósforo.

 

Os diamantes eletroplatados têm baixa resistência à retenção e baixa exposição ao diamante, que afetam a força de corte e a nitidez. As ferramentas de diamante soldadas abordam essas deficiências. As ferramentas de diamante soldado são categorizadas como superficiais e impregnadas. As ferramentas de superfície envolvem o diamante de brasagem diretamente na superfície do substrato, enquanto as ferramentas impregnadas envolvem o diamante sinterizante com outros materiais para formar um composto. O processo de sinterização do composto de diamante é essencialmente um processo de brasagem de difusão entre o diamante e o substrato. Ao pressionar o diamante e o carboneto em um compacto (PDC), a ligação de diamante é transformada em uma ligação de carboneto.

 

 

O processo de sinterização da matriz de diamante (comumente conhecido como lâmina) também é um processo de brasagem de difusão. A brasagem da ferramenta de diamante pode ser categorizada em três tipos principais: brasagem da ferramenta de diamante de camada única, brasagem da lâmina de diamante e brasagem de folha composta do PDC.

 

A sinterização de prensagem quente ou a frio das pás de diamante é um processo típico de brasagem de difusão. Nos primeiros dias da fabricação de lâminas de diamante, o pó de metal de baixa temperatura era tipicamente derretido de difusão por fusão com pó de metal de alta temperatura para prender ainda mais o diamante. Com os avanços tecnológicos, surgiram pós ativos pré-ligados contendo elementos de formação de carbonetos (como cromo, titânio, vanádio e molibdênio). A brasagem ou a brasagem da difusão é alcançada reagindo o pó pré-ligado ativo com diamante para formar carbonetos. A formação de carboneto é lenta, resultante da difusão mútua e migração dos elementos ativos no pó pré-ligado e no carbono no diamante. Esse processo requer um longo período de tempo a uma certa temperatura para que a difusão atômica e a reação ocorram, tornando a sinterização que prensagem a quente atinge mais facilmente esse processo de difusão.

 

As ferramentas de diamante de camada única de brasagem geralmente usam um metal ativo ou de preenchimento de brasagem ativo ou baseado em níquel. Esse processo, através da presença de elementos ou ligas fortes de formação de carbonetos, cria uma ligação metalúrgica química entre o material da matriz e o diamante, aumentando a aderência da camada de brasagem no diamante. As ferramentas soldadas de camada única apresentam uma alta porcentagem de diamantes expostos que resistem ao derramamento, resultando em corte nítido e excelente remoção de chips. O arranjo ordenado dos diamantes não apenas garante uma distribuição racional da camada de diamante na superfície da ferramenta, maximizando a potência de corte do diamante, mas também reduz significativamente o uso de diamantes, reduzindo os custos da ferramenta e melhorando a eficiência de corte.

 

As dicas de ferramentas de diamante de brasagem apresentam desafios únicos. Primeiro, as dicas de ferramentas são produtos de metalurgia em pó com inúmeros capilares. Segundo, as pontas da ferramenta são sinterizadas, resultando na presença de óxidos na superfície e dentro. Terceiro, as composições da ponta da ferramenta variam, colocando demandas significativas em materiais e processos de brasagem.

 

Como a temperatura de aquecimento permitida do PCD é limitada (geralmente as temperaturas resistentes ao calor não excedendo 720-780 graus), os materiais de brasagem à base de prata são utilizados principalmente. No entanto, os materiais comuns à base de prata têm baixa resistência ao calor e molhabilidade baixa para diamante e carboneto. Atualmente, estão disponíveis materiais de brasagem de ferramentas PDC especializadas que podem atender aos requisitos da brasagem do PDC, melhorando as propriedades de resistência e fadiga de alta temperatura do material de brasagem e otimizando o processo de brasagem.

 

 

 

Após a década de 1930, os princípios de metalurgia em pó começaram a ser usados para fabricar lâminas de serra circular de diamante. As ferramentas iniciais foram sinterizadas principalmente de diamante, pó de metal de esqueleto de alto ponto de fusão, pó de metal elementar de ponto de baixa fusão e materiais de enchimento, com o pó de metal de baixo ponto de fusão que serve como enchimento de brasagem. Após a década de 1960, as ferramentas de diamante se desenvolveram rapidamente e um número crescente de instituições começou a pesquisar sistematicamente os pós de matriz. Os preenchimentos de brasagem em pó pré-ligados, em particular, atraíram crescente atenção por suas propriedades de brasagem de difusão nas ferramentas de diamante.

 

Durante o uso de ferramentas de diamante, uma quantidade significativa de diamante é perdida devido ao desgaste da matriz, em vez de desgaste e falha dos próprios diamantes. Isso resulta em uma taxa de utilização de diamantes relativamente baixa. Isso ocorre porque a fabricação tradicional do segmento de diamantes depende do encapsulamento mecânico dos diamantes dentro da matriz. Como os diamantes não molham o material da matriz de metal, uma vez que a matriz se desgasta até uma certa altura, os diamantes se separam facilmente da matriz de metal, reduzindo significativamente o desempenho e a vida útil da ferramenta de diamantes. Melhorar a capacidade de encapsulamento de diamantes da matriz é a medida técnica mais eficaz para evitar a perda prematura de diamantes. Inicialmente, essa abordagem se concentrou principalmente em melhorar a aderência através da extrusão e encapsulamento mecânica, resultantes de transformações de fase no pó da matriz. Nas últimas duas décadas, a pesquisa sobre a ligação metalúrgica química de pós ativos pré-ligados com diamante se intensificou.

 

A adição de elementos fortes de formação de carbonetos, como níquel, titânio, zircônio, vanádio, cromo, molibdênio e tungstênio, para os pós pré-ligados melhora a molhabilidade da liga para o diamante e, através da brasagem de difusão durante o processo de sinterização, fortalece a ligação química entre a matriz e o diamante. Isso aumenta a altura da borda do diamante durante a moagem, melhorando a eficiência de corte e a utilização de diamantes. Além disso, o pó pré-ligado, atuando como um metal de preenchimento de brasagem, melhora a estabilidade e a consistência dos pedaços de corte de diamantes. O Laboratório Chave de Estado de novos materiais e tecnologias de brasagem estudou sistematicamente metais de preenchimento de brasagem em pó com base no mecanismo de brasagem de difusão em pó, desenvolvendo uma série de metais de preenchimento em pó à base de prata e cobre, incluindo FBCU25, FBBA737, FBCU14, FBCU17, FBCU25.

Como a faixa de temperatura de fusão dos pós pré-ligados é compatível com a temperatura de sinterização dos pedaços de ferramentas de diamante, a prensagem e a sinterização a quente são processos de brasagem de difusão, enquanto a prensa e a sinterização são processos de brasagem de difusão de fase líquida transitória. Os processos de prensagem a quente e a frio permitem reações de umedecimento entre elementos de alto ponto de fusão e diamante a temperaturas moderadas.

 

Reactive pre-alloyed powders, replacing elemental metal powders, are used in the brazing sintering of impregnated diamond composites, addressing technical bottlenecks such as uneven mixing of diamond tool matrix metal powders, easy loss of low-melting-point elements, weak interaction of high-melting-point active elements, volatilization of high-vapor-pressure elements, structural segregation of components, and força de ligação instável. O efeito de retenção mecânico da matriz no incrustação de diamantes é otimizado para uma conexão composta embutida/brasagem, o que melhora a altura e a nitidez da lâmina de diamante. Ao cortar granito com uma lâmina preparada com pó pré-ligado desenvolvido pelo Laboratório de Chave do Estado de novos materiais e tecnologias de brasagem, a velocidade de corte pode ser aumentada de 1,5 a 2 vezes e a vida útil da lâmina pode ser estendida em 1,2 a 1,6 vezes.

 

 

A brasagem direta de ferramentas de diamante de camada única é usada principalmente na fabricação de canetas de molho de roda, ferramentas de medição, ferramentas de pedra, ferramentas de pedra preciosa ou de gemas e rodas de moagem de diamantes, rodas de moagem de diamante e arquivos de diamante. O processo de brasagem atinge um vínculo metalúrgico entre o diamante, o metal de preenchimento de brasagem e o substrato de metal, resultando em uma alta resistência de união. A altura da borda do diamante é significativamente maior do que a alcançada com a eletroplatação. Como resultado, as ferramentas de diamante de camada única soldada são nítidas, têm uma grande folga de chip, são menos suscetíveis a entupimento durante o uso e alcançam alta utilização de grão de diamante.

 

A maioria das ligas de metal de preenchimento de brasagem tem dificuldade em molhar o diamante, e o diamante é suscetível à grafitização e oxidação em altas temperaturas. Devido à temperatura de transição de grafitização do diamante, a temperatura de brasagem não deve exceder 1050 graus, mesmo em um ambiente de vácuo. A brasagem de diamantes possui uma seleção limitada de metais de preenchimento de brasagem. O metal de enchimento selecionado deve garantir um bom umedecimento com diamante e formar uma ligação química e metalúrgica com ele. Também deve manter a nitidez e evitar a corrosão excessiva. Além disso, as propriedades de desgaste do metal de enchimento devem ser compatíveis com o material que está sendo trabalhado para garantir a exposição ideal para o diamante e uma longa vida útil do serviço.

 

Elementos formadores de carboneto, como titânio, zircônio, cromo e poço de diamante úmido do vanádio, mas suas temperaturas de fusão são muito altas, fazendo com que o diamante se grave se grave em alta temperatura. O cobalto, o ferro e o alumínio efetivamente o diamante molhado em seu estado líquido, mas são severamente corrosivos dentro de sua faixa de temperatura molhável. Atualmente, dois processos comuns são usados para melhorar a molhabilidade de diamante e reduzir os danos térmicos. Um envolve adicionar elementos ativos às ligas de brasagem convencionais para melhorar sua molhabilidade e afinidade pelo diamante. O outro envolve revestir a superfície do diamante com metal. Ao bronzear com ligas de brasagem de alto ponto de fusão, o metal da superfície protege efetivamente o diamante, minimizando os danos térmicos e melhorando sua molhabilidade.

 

Dois tipos principais de novas ligas de brasagem são criados adicionando elementos ativos às ligas de brasagem convencionais: ligas de brasagem baseadas em cobre e baseadas em prata, como Ag-Cu, Cu-SN e Ni-CR. As ligas de brasagem de baixo ponto de AG-Cu e Cu-SN são projetadas principalmente para minimizar os danos térmicos ao diamante, mas a ferramenta soldada resultante é fraca, dificultando a obtenção de moagem agressiva. As ferramentas de diamante soldadas com ligas Ni-CR exibem excelente resistência ao desgaste e resistência de alta temperatura.

Os processos para a brasagem de ferramentas de diamante de cristal único ou de camada única incluem brasagem de forno a vácuo, brasagem a laser e brasagem de indução de alta frequência a gás blindada. Brasagem em um forno a vácuo tem alta eficiência de produção e aquecimento uniforme e pode soldar peças de trabalho com estruturas complexas e tamanhos grandes. A brasagem a laser usa um feixe de laser como fonte de calor de solda. Durante a soldagem, a peça de trabalho é aquecida localmente rapidamente e o diamante permanece em um estado de alta temperatura por um curto período de tempo, o que pode efetivamente impedir que o diamante suba de grafitização. A brasagem de indução de alta frequência protegida por gás usa indução de alta frequência para aquecer o substrato e a liga de brasagem ao mesmo tempo. Tem uma temperatura de aquecimento alta, uma velocidade de aquecimento rápida e é fácil de controlar a temperatura. Também pode aquecer localmente e é fácil obter controle automático.

 

Este artigo discute os princípios da tecnologia de brasagem usados em ferramentas de diamantes soldados, o desenvolvimento da tecnologia de brasagem e informações sobre materiais, processos e equipamentos de brasagem. Também propõe a direção futura da tecnologia de brasagem na indústria de ferramentas de diamantes.

 

(Este bloco de polimento de veludo apoiado por diamante solado combina efetivamente o processo de brasagem com a tecnologia da almofada de polimento de diamantes flexível. Torna a moagem nítida e mais econômica.)

 

 

Conteúdo deste artigo:

• 1. Ferramentas de diamante e suas classificações
• 2 formas de conexões de diamante
• 3. Aplicações da tecnologia de brasagem em ferramentas de diamante
• 4. Brasagem de difusão durante a sinterização da matriz de diamante
• 5. Brasagem de ferramentas de diamante de camada única
• 6. Brasagem de segmentos de diamante para matriz
• 7. Brasagem de compósitos de diamante
• 8. Equipamentos e processos de brasagem de ferramentas de diamante
• 9. Tendências de desenvolvimento na brasagem da ferramenta de diamante
• 10. Conclusão

Devido ao espaço limitado, este site é dividido em duas seções para sua referência.

 

Pontos de conhecimento das ferramentas de diamante de brasagem (parte 2)