نقش بریلیم (Be) در ابزار الماس

در ماتریس‌های پیوند فلزی{0} بر پایه مس ابزارهای الماسی (مانند تیغه‌های اره، بلوک‌های آسیاب، و چرخ‌های سنگ‌زنی)،بریلیم (Be)به عنوان یک عنصر میکرو{0}}آلیاژی بسیار موثر عمل می کند. عملکرد کلی ابزار را با تنظیم رفتار تف جوشی، تقویت ماتریس، خالص سازی مواد پایه و تسهیل تقویت فاز دوم افزایش می دهد.

 

نقش های خاص آن به شرح زیر است:

1. کاهش دمای تف جوشی-ماتریس مبتنی بر مس برای محافظت از کریستال های الماس

بریلیم یک سیستم یوتکتیک با نقطه ذوب پایین با مس تشکیل می دهد: آلیاژ Cu-بی حاوی 6٪ Be دارای نقطه یوتکتیک فقط 605 درجه است و به طور کامل در حدود 850 درجه ذوب می شود و دمای تف جوشی فاز پیوند مبتنی بر مس را به طور قابل توجهی کاهش می دهد.
این به یک جنبه مهم از ابزارهای الماس می پردازد: الماس ها در دماهای بالا مستعد گرافیتی شدن و آسیب حرارتی هستند که استحکام و عملکرد برش آنها را کاهش می دهد. افزودن بریلیم به ماتریکس اجازه می دهد تا یک فاز مایع تشکیل دهد و در دماهای پایین تر به چگالی برسد. این نه تنها مصرف انرژی تف جوشی را کاهش می دهد، بلکه مهمتر از آن از آسیب حرارتی الماس جلوگیری می کند. علاوه بر این، تشکیل فاز مایع، ترشوندگی فلز را نسبت به ذرات الماس بهبود می‌بخشد و در نتیجه توانایی ماتریس برای محصور کردن و حفظ الماس را افزایش می‌دهد.

 

(عنصر بریلیم)

 

2. تقویت استحکام و سختی ماتریس از طریق مکانیسم های دوگانه

مقادیر کمی بریلیم به طور موثری استحکام و سختی آلیاژهای مبتنی بر مس-را از طریق همکاری دو مکانیسم تقویت‌کننده افزایش می‌دهد:

• جامد-تقویت محلول: در دمای اتاق، بریلیم تا حدی در شبکه مسی حل می‌شود و محلول جامد مس -می‌شود. این باعث افزایش استحکام ماتریس از طریق اعوجاج شبکه می شود و در عین حال شکل پذیری کافی را حفظ می کند تا از شکننده شدن بیش از حد ماتریس جلوگیری شود.
• تقویت پراکندگی: یک فاز پراکنده مبتنی بر ترکیب سخت بین فلزی CuBe به طور یکنواخت در سراسر ماتریس توزیع شده است. این یک "اثر سنجاق" از طریق ذرات سخت ایجاد می کند و به طور قابل توجهی سختی و مقاومت ماتریس را در برابر تغییر شکل افزایش می دهد.

از طریق عملکرد ترکیبی این مکانیسم‌ها، مقاومت در برابر سایش ماتریس{0}بر پایه مس و حفظ مکانیکی آن از الماس‌ها به طور قابل توجهی بهبود می‌یابد. این امر از دست دادن زودرس الماس را کاهش می دهد و عمر مفید ابزار را افزایش می دهد.

 

 

3. اکسید زدایی و تصفیه ماتریس برای تقویت پراکندگی اکسید

بریلیم به‌عنوان یک-داکسیدکننده با کارایی بالا در فاز بایندر مبتنی بر مس- عمل می‌کند، که می‌تواند اکسیدهای فلزی مختلف موجود در ماتریکس را کاهش دهد:

• از یک طرف، اکسیژن را از فلز ماتریکس حذف می کند، آخال های اکسید را از بین می برد و تخلخل تف جوشی را کاهش می دهد. این ریزساختار ماتریس را خالص می کند و هم چگالی و هم استحکام پیوند کلی آن را افزایش می دهد.
• از طرف دیگر، اکسید بریلیم (BeO) که در طی واکنش تشکیل می شود بسیار سخت است. به عنوان ذرات ریز در سراسر ماتریس پراکنده می شود، به عنوان یک فاز دوم برای تقویت پراکندگی عمل می کند، در نتیجه به طور مداوم سختی و مقاومت در برابر سایش ماتریس را افزایش می دهد.

 

محدودیت های کاربردی و اقدامات احتیاطی

1. خطر تردی نیتروژن در دمای بالا: در دماهای بالاتر از 500 درجه، بریلیم با نیتروژن واکنش می دهد و Be₃N2 سخت و شکننده می دهد. اگر در حین پخت از اتمسفر حاوی نیتروژن{3}} استفاده شود، تشکیل نیترید بریلیوم بیش از حد می تواند شکنندگی ماتریس را افزایش داده و چقرمگی ضربه را کاهش دهد. بنابراین، ماتریس‌های دارای{4}بریلیوم نیازمند اتمسفر پخت و پروفیل‌های دما هستند.
2. کنترل دقیق سطوح افزودنی: بریلیم پرهزینه است و افزودن بیش از حد می تواند تعادل بین چقرمگی و شکنندگی ماتریکس را مختل کند. در نتیجه، در ساخت ابزارهای الماس، محتوای بریلیم معمولاً زیر 1٪ نگه داشته می‌شود که از طریق میکرو-آلیاژسازی عمل می‌کند.