Impact of the electrochemical modification of WC-Co materials on the wetting of their surface by copper-based filler metals

• Autorzy: Król S. , Pieczara A. , Piotrowski T.

Identyfikatory

DOI

10.15199/40.2015.11.17

Warianty tytułu

Wpływ elektrochemicznej modyfikacji materiałów WC-Co na proces zwilżania ich powierzchni lutowiami wykonanymi na bazie stopów miedzi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Mining activities, and particularly work involving surface, underground excavation and drilling of earth, rock and deposits, requires the use of excavation tools, in which WC-Co sintered materials play a leading role. WC-Co materials are commonly used only in those fragments of cutting tools, which, owing to their mechanical parameters, are responsible for the quantity, quality, accuracy, drilling speed and acquisition of excavated material. Mouldings based on WC-Co material that forms the tool blades, are combined with the tool body by brazing. To guarantee a strong connection, it is very important to ensure that the following materials are chosen correctly: WC-Co mouldings, the tool body, brazing type, flux. It is necessary to determine the right parameters of the brazing process, including time, temperature, and to keep a high level of purity of the brazing operation. WC-Co carbides do not wet easily, and in order to make a proper connection, it is necessary to sandblast their surface. It is also necessary to use flux during brazing, or sometimes to carry out the process in a furnace with a reducing atmosphere. Leaving residual oxides, i.e. the products of primary corrosion, during the brazing process, including flux residues or slag inside the brazing gap and on the brazing surface, leads to secondary corrosion, which significantly reduces the tool’s lifespan. Reducing the amount of the fluxes needed is possible after the application of short electrochemical surface modification of WCCo mouldings, which is carried out in a sodium hydroxide solution. During the treatment process, the WC-Co grains that are located on the moulding’s surface are etched, which leads to a significant increase of the exposed areas of easily wettable cobalt. The processes of surface wetting of the materials forming the brazed joints were examined using the following equipment: equipment for measuring the kinetics of brazed substrate wetting – submitted by GONAR-BIS Ltd Company, as Patent No: UPP4682558. The process of filler metal spreading over the surface of the tested materials was recorded using a camera at a rate of 529 fps. Analysis of the produced film frames made it possible to compare the spread time of the front wave of molten filler metal on all the tested brazed substrates.

PL

Działalność przemysłu górniczego, a szczególnie praca związana z technologią drążenia wyrobisk i eksploatacji różnego rodzaju kopalin metodami odkrywkowymi, podziemnymi oraz otworowymi, wymaga wykorzystania narzędzi urabiających, w konstrukcji, których zasadniczą rolę odgrywają materiały spiekane typu WC-Co. Z materiału WC-Co wykonuje się jedynie te fragmenty narzędzi urabiających, które dzięki ich parametrom mechanicznym, odpowiadają za ilość, jakość, dokładność, szybkość odwiertu oraz pozyskanie urobku. Kształtki z materiału WC-Co tworzące ostrza narzędzi łączy się z korpusem narzędzia techniką lutowania twardego, podczas którego istotny jest właściwy dobór materiałów: kształtek WC-Co, korpusu narzędzia, lutowia i topnika. Konieczny jest dobór prawidłowych parametrów procesu lutowania, w tym jego czasu i temperatury oraz zachowanie wysokiej czystości operacji lutowania. Węgliki WC-Co należą do materiałów trudno zwilżalnych i do wykonania poprawnego połączenia konieczne jest piaskowanie ich powierzchni oraz zastosowanie podczas lutowania topników lub wykonywanie połączeń w piecach z atmosferą redukcyjną. Pozostawienie podczas lutowania resztek tlenków z pierwotnych procesów korozji, resztek topnika lub żużli topnikowych w lutowinie i na powierzchniach lutowanych skutkuje możliwością występowania korozji wtórnej, obniżającej żywotność narzędzia. Zmniejszenie ilości niezbędnych topników jest możliwe po zastosowaniu krótkiej modyfikacji elektrochemicznej powierzchni kształtek WC-Co, prowadzonej w roztworze wodorotlenku sodu. Podczas procesu obróbki wytrawieniu ulegają ziarna WC-Co znajdujące się na powierzchni kształtki, co prowadzi do znaczącego wzrostu powierzchni odsłoniętej warstwy łatwo zwilżalnego kobaltu. Procesy zwilżania powierzchni materiałów tworzących połączenia lutowane prowadzono z wykorzystaniem urządzenia: „Stanowisko do pomiaru kinetyki zwilżania podłoży lutowniczych” zgłoszone przez firmę Gonar-Bis sp. z o. o. jako patent pod nr. UPP4682558. Proces rozpływania się lutowia na powierzchni badanych materiałów rejestrowany był kamerą z szybkością 520 fps. Analiza otrzymanych klatek filmów umożliwiła porównanie czasów rozpływania się czołowej fali ciekłego lutowia na wszystkich badanych podłożach lutowniczych. W niniejszym artykule przedstawiono kinetykę operacji lutowania twardego narzędzi stosowanych w geotechnice, w tym wpływ zwilżalności lutowia na parametry i własności złącza w aspekcie procesu korozji. Artykuł stanowi jeden z rezultatów uzyskanych podczas realizacji projektu pt.: Innowacyjna technologia wykonywania narzędzi skrawających z zastosowaniem ekologicznych technik lutowania.

Słowa kluczowe

EN

WC-Co materials; brazing; electrochemistry; corrosion protection

PL

materiały WC-Co; lutowanie twarde; elektrochemia; ochrona przed korozją

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ochrona przed Korozją
• Rocznik: 2015
• Tom: nr 11
• Strony: 432--436
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Król S.

• Gonar-Bis Sp. z o.o. ul.Obroki 109, 40-833 Katowice

autor

Pieczara A.

• Gonar-Bis Sp. z o.o. ul.Obroki 109, 40-833 Katowice

autor

Piotrowski T.

• Gonar-Bis Sp. z o.o. ul.Obroki 109, 40-833 Katowice

Bibliografia

• 1. Zgłoszenie patentowe nr UPP4682558 Gonar-Bis sp. z o.o.
• 2. Y. Yuan, T. Randall Lee, Contact Angle and Wetting Properties, [in:] Surface Science Techniques, G. Bracco, B. Holst (eds.), Springer Series in Surface Sciences, vol. 51, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2013, pp. 3–34.
• 3. Y. Baskin, How to Select a Brazing Flux,Society of American Silversmiths [online]. http://www.silversmithing.com/1flux.htm [dostęp1.09.2015].
• 4. Z. Mirski, T. Piwowarczyk, Analysis of adhesive properties of B2 hardmetal surface, Archives of Civil and Mechanical Engineering, Vol. IX, No. 2 (2009), pp. 93–104.
• 5. Z. Mirski, T. Piwowarczyk, Wettability of hardmetal surfaces prepared for brazing with various methods, Archives of Civil and Mechanical Engineering, Vol. XI, No. 2 (2011), pp. 411–419.