אטומי החומר נמצאים בתנועה מתמדת, ולכן נוזלים וגזים יכולים להתערבב. למוצקים יש גם חלקיקים אלמנטריים ניידים, אבל יש להם סריג קריסטל קשיח יותר. ובכל זאת, אם מקרבים שני גופים מוצקים למרחק האינטראקציה של כוחות אטומיים, אז בנקודת המגע, חלקיקים של חומר אחד יחדרו לתוך אחר ולהיפך. חדירה הדדית כזו של חומרים נקראה דיפוזיה, והאפקט היה הבסיס לאחת משיטות החיבור של מתכות. ככה זה נקרא - ריתוך דיפוזיה של מתכות.
מה ניתן להצטרף באמצעות ריתוך דיפוזיה
לריתוך דיפוזיה בוואקום יש אפשרויות טכנולוגיות ענקיות. עם זה, אתה יכול להתחבר:
- מתכות בעלות מבנה הומוגני ולא-הומוגני, כמו גם סגסוגות שלהן. חומרי מתכת עקשנים כגון טנטלום, ניוביום וטונגסטן.
- חומרים לא מתכתיים עם מתכות: גרפיט עם פלדה, נחושת עם זכוכית.
- חומרי בנייה המבוססים על מתכת, קרמיקה, קוורץ, פריטים, זכוכית, מבנים מוליכים למחצה (הומוגניים ואי-הומוגניים), גרפיט וספיר.
- חומרים מרוכבים, נקבוביים עם שימור התכונות והמרקם שלהם.
- חומרים פולימריים.
בהתייחס לתצורה ולגודל של החסר - הם עשויים להיות שונים. בהתאם לגודל תא העבודה, ניתן לעבוד עם חלקים מכמה מיקרונים (אלמנטים מוליכים למחצה) ועד למספר מטרים (מבני שכבות מורכבים).
איך פועל מפעל הדיפוזיה
קומפלקס לריתוך דיפוזיה כולל את האלמנטים העיקריים הבאים:
- תא עבודה. הוא עשוי ממתכת ונועד להגביל את סביבת העבודה בה נוצר הוואקום.
- מעמד - מעמד מלוטש. תא העבודה מונח עליו, שלאורכו הוא יכול לנוע.
- אוטם ואקום. האם מרווח בין המצלמה למעמד.
- מנגנון רולר ובורג הידוק. בעזרתם מזיזים את המצלמה לאורך המסילות ומקובעים על המעמד.
- משאבת ואקום. יוצר ואקום באזור העבודה.
- גנרטור עם משרן. הם פועלים כמערכת חימום לחלקים שיש לרתך.
- אגרופים עמידים בחום, צילינדרים הידראוליים ומשאבת שמן מייצגים מנגנון לדחיסת חלקים בלחץ נתון.
בהתאם לשינוי, התקנות ריתוך דיפוזיה עשויים להיות שונים בצורת החדרים והשיטההאיטום שלהם. שונות גם שיטות חימום חלקים. ניתן להשתמש בתנורי קרינה, מחוללי זרם גבוה, יחידות פריקת זוהר, מחממי קרן אלקטרונים.
תהליכי דיפוזיה במהלך ריתוך
אם לוקחים לוחות מתכת מלוטשים, מחברים אותם ומכניסים אותם לעומס, אז בעוד כמה עשורים תורגש ההשפעה של חדירה הדדית של מתכות זו לתוך זו. יתרה מכך, עומק החדירה יהיה בטווח של מילימטר. העניין הוא שקצב הדיפוזיה תלוי בטמפרטורת החומרים המחוברים, במרחק בין החלקיקים היסודיים של החומרים, כמו גם במצב המשטחים המגעים (היעדר זיהום וחמצון). לכן התהליך הטבעי שלו כל כך איטי.
בתעשייה, על מנת להשיג תרכובת במהירות, תהליך הדיפוזיה מואץ, תוך התחשבות בכל התנאים הללו. בתא העבודה:
- צור ואקום עם רמת לחץ שיורית של עד 10-5 mm Hg או מלא את המדיום בגז אינרטי. לפיכך, החלקים אינם חשופים לחמצן, שהוא חומר מחמצן לכל מתכת.
- חומרים מחוממים בטמפרטורה של 50-70% מטמפרטורת ההיתוך של חלקי העבודה. זה נעשה כדי להגביר את הפלסטיות של חלקים בגלל המצב הנייד יותר של החלקיקים היסודיים שלהם.
- החסר נתון ללחץ מכני בטווח של 0.30-10.00 ק"ג/מ"מ2, מה שמקרב את המרחקים הבין-אטומיים לגדלים המאפשרים יצירת קשרים משותפיםחודרים הדדית לשכבות סמוכות.
דרישות להכנת חומרים
לפני הנחת החסר של האלמנטים לריתוך לתוך יחידת הדיפוזיה, הם עוברים טיפול מקדים. המטרה העיקרית של עיבוד חלקי המגע של החסר מכוונת להשגת משטחים חלקים, אחידים ואחידים, כמו גם הסרת תצורות שומניות ולכלוך בלתי נראים מאזור המפרק. עיבוד של חלקי עבודה מתרחש:
- chemical;
- מכני;
- אלקטרוליטי.
סרטי תחמוצת, ככלל, אינם משפיעים על תהליך הדיפוזיה, מכיוון שהם הורסים את עצמם במהלך חימום בסביבת ואקום.
כאשר ריתוך דיפוזיה אינו יעיל מספיק בין חומרים בעלי מקדם התפשטות תרמית לא שווה, או שנוצר תפר שביר, משתמשים במה שנקרא רפידות חיץ. הם יכולים לשמש נייר כסף של מתכות שונות. לכן, נעשה שימוש בנייר נחושת בריתוך דיפוזיה של חלקי קוורץ.
מאפייני התרכובות המתקבלות
בניגוד לשיטות המסורתיות של ריתוך היתוך, בהן מתווספת מתכת נוספת למתכת הבסיסית בתפר, ריתוך דיפוזיה מאפשר לקבל תפר אחיד ללא שינויים גדולים בהרכב הפיזי והמכני של המפרק. לחיבור המוגמר יש את המאפיינים הבאים:
- נוכחות של תפר רציף ללא נקבוביות ותצורות של צדפים;
- ללא תכלילי תחמוצת בתרכובת;
- יציבות מכניתנכסים.
בשל העובדה שדיפוזיה היא תהליך טבעי של חדירת חומר אחד למשנהו, סריג הקריסטל של חומרים אינו מופרע באזור המגע, ולכן אין שבריריות של התפר.
חיבור של חלקי טיטניום
ריתוך דיפוזיה של טיטניום וסגסוגותיו מתאפיין בהשגת חיבור איכותי ובעל יעילות כלכלית גבוהה. הוא נמצא בשימוש נרחב ברפואה לייצור חלקי תותבות, כמו גם בתחומים אחרים.
חלקים מחוממים לטמפרטורות נמוכות ב-50º - 100º מהטמפרטורה שבה מתרחשת הטרנספורמציה הפולימורפית. במקביל, מופעל לחץ קל של 0.05–0.15 kgf/mm² על החומרים.
ההרכב הכימי של סגסוגת הטיטניום אינו משפיע על חוזק החיבור של יסודות בדרך זו של ריתוך.
יתרונות השיטה
כאשר ריתוך דיפוזיה אפשרי:
- לשלב מוצקים הומוגניים והטרוגניים;
- המנע דפורמציה של חלקים;
- אין להשתמש בחומרים מתכלים בצורה של הלחמות ושטפים;
- לקבל ייצור שאינו פסולת;
- אין להשתמש במערכות מורכבות של אספקה ואוורור פליטה, מכיוון שלא נוצרים אדים מזיקים בתהליך;
- קבל כל אזור של אזור חיבור הקשר, מוגבל רק על ידי אפשרות הציוד;
- לדאוג למגע חשמלי אמין.
נוסף לכך המראה האסתטי המצוין של החלק המוגמר,שאינו מצריך יישום של פעולות עיבוד נוספות, כגון הסרת אבנית ריתוך, למשל.
פגמים של טכנולוגיה
ריתוך דיפוזיה הוא תהליך טכנולוגי מורכב, החסרונות העיקריים שלו כוללים:
- צריך להשתמש בציוד יקר ספציפי;
- דרישה לשטח ייצור, להתקנה יש ממדים ניכרים;
- דרישה לידע מיוחד, מיומנויות והבנה של תהליך העבודה;
- זמן שהושקע בעיבוד מקדים זהיר של חלקי עבודה;
- שמור על יחידת הוואקום נקייה ככל האפשר, אחרת אבק בלתי נראה עלול להתיישב על החלקים המרותכים ולהוביל לפגמים במפרקים;
- קושי לבדוק את איכות התפר מבלי להרוס אותו.
בהתחשב בכל זה, כמו גם בפרטי השימוש במתקני ואקום, ריתוך דיפוזיה מבוקש רק בתנאים של מפעלים, ולא לשימוש פרטי.
ציוד ריתוך דיפוזיה תעשייתי
קיימים מספר סוגים של ציוד תעשייתי המיועד לריתוך דיפוזיה. הם נבדלים זה מזה בעיקר במפרטים של החומרים המרותכים ובשימוש במערכות שונות לחימום חלקים.
סוג התקנה MDVS מיועד לייצור פסי נחושת גמישים, קבוצות מגע של מתגי מתח גבוה העשויים מנחושת וקריט, חלקי שסתומי הרמה של גז למשאבות קידוח העשויים מפלדת אל חלד וסגסוגות מתכת קשה.המערכת מיישמת את ההשפעה של חימום מגע חשמלי.
מתחם ריתוך מסוג UDVM-201. מבצע חיבור באמצעות ריתוך דיפוזיה של חומרים מזכוכית בדרגות שונות. חימום משטח העבודה מתבצע בשיטה של קרינת קרינה.
ציוד ריתוך USDV-630. התקנת חימום אינדוקציה לריתוך חומרים מרוכבים על בסיס טיטניום ונחושת. מערכות כאלה מאפשרות חימום חלקים גדולים.
MDVS-302 מכונת ריתוך דיפוזיה באמצעות חימום בתדר גבוה של חלקים. הוא מאופיין בנוכחות של גנרטור בגודל קטן על מעגל טרנזיסטור.
