اهمیت تشخیص حفره‌ها در قطعات الماس سینتر شده

تأثیر میکروحفره‌ها بر عملکرد قطعه، مقاومت در برابر سایش و یکپارچگی باند

حفره‌های هوای بسیار کوچک درون قطعات الماس سینتر شده به شدت بهره‌وری برش و استحکام کلی آن‌ها را کاهش می‌دهد. این شکاف‌های کوچک به نقاط مشکل‌ساز تبدیل می‌شوند که در آن‌ها تنش در هنگام کار انباشته می‌شود و گاهی می‌تواند باعث شتاب بسیار سریع سایش شود، حتی گاهی دو برابر شدن آن. هنگامی که این حفره‌ها دقیقاً در محل اتصال الماس به ماده چسبنده ظاهر می‌شوند، اتصال کلی ضعیف‌تر می‌شود. این موضوع باعث می‌شود الماس‌ها خیلی زود آزاد شوند و ابزار‌ها ماندگاری نزدیک به حد مطلوب نداشته باشند. ما شاهد قطعاتی بوده‌ایم که تنها ۲٪ تخلخل داشته‌اند و در برش گرانیت حدود ۱۵٪ کند‌تر عمل کرده‌اند، علاوه بر آن ارتعاش نیز بسیار بیشتر بوده است—حدود ۲۵٪ افزایش. مسئله دیگری نیز وجود دارد و آن این است که این حفره‌ها در واقع محل‌های آماده برای شروع ترک‌های اولیه هستند. در شرایط گشتاور سنگین، این موضوع شانس وقوع شکست کامل ابزار را افزایش می‌دهد. به همین دلیل، بررسی این نقص‌های پنهان قبل از به کارگیری قطعات بسیار مهم است. شناسایی به موقع قطعات معیوب، اطمینان از روان‌تری کار و جلوگیری از شکست‌های خطرناک در آینده را فراهم می‌کند.

چالش‌های منحصر به فرد مربوط به کامپوزیت‌های الماس سینتر شده: گرادیان‌های چگالی، رابط‌های دانه‌ها و محدودیت‌های تشخیص تخلخل در مقیاس میکرومتر

یافتن حفره‌ها در کامپوزیت‌های الماس سینترشده دشوار‌تر از مواد معمولی است، زیرا تفاوت‌های چگالی مزاحم بین دانه‌های الماس و چسب‌های فلزی وجود دارد. این عدم تطابق باعث ایجاد مشکل در آزمون اولتراسونیک می‌شود، زیرا سیگنال‌ها پراکنده می‌شوند و تشخیص حفره‌های کوچکتر از ۵۰ میکرون دشوار می‌گردد. هنگام بررسی مرز دانه‌ها، پرتو ایکس نیز با مشکل مواجه می‌شود، زیرا پراش در راه قرار می‌گیرد. و حتی نباید از حفره‌های کوچکی که در نزدیکی ذرات کاربید قرار دارند و سر و صدا می‌کنند، بی‌توجه بود که باعث هشدار‌های کاذب می‌شوند. بیشتر آزمون‌های کنونی به‌سختی می‌توانند چیزی کوچک‌تر از ۱۰ میکرون را تشخیص دهند که شاید این اندازه به نظر زیاد نیاید، اما اطمینان داشته باشید، این شکاف‌های بسیار ریز به انتقال حرارت آسیب می‌زند و عمر ابزار را کوتاه می‌کند. علاوه بر این، کامپوزیت‌های سینترشده دارای خاصیت جهتی هستند، بنابراین تصویربرداری معمولی کافی نیست. برای تشخیص منافذ واقعی از تغییرات عادی چگالی، نیاز به تکنیک‌های سه‌بعدی بهتری داریم. این وضعیت کلی نشان می‌دهد که هنوز شکاف بزرگی در فرآیندهای کنترل کیفیت ما برای تولید ابزار‌های برش در سطح بالا وجود دارد.

آزمایشات فراصوتی و اسکن میکروسکوپی صوتی برای تشخیص خلا

UT پالس اکو برای تشخیص خلاهای عمده و محل سازی عمق در بخش های متراکم

آزمایشات ماوراء صوت پالس خیلی خوب کار می کنند وقتی به دنبال جیب های هوا بزرگتر از ۱۰۰ میکرو در این قطعات الماس سینتر شده می گردند. این تکنیک امواج صوتی فرکانس بالا را به داخل ماده ارسال می کند و سپس اندازه گیری می کند که چقدر طول می کشد تا آنها به عقب برگردند. این به تکنسین ها اجازه می دهد تا نقص های پنهان را به طور دقیق پیدا کنند، معمولاً در حدود 0.1 میلی متر در هر دو صورت. چیزی که UT را مفید می کند این است که این امواج صوتی می توانند از طریق مواد بسیار ضخیم عبور کنند. این یعنی کارگران کارخانه می توانند این کامپوزیت های سخت الماس فلزی را بدون اینکه مجبور باشند آنها را پاره کنند، فقط برای دیدن آنچه در داخل آن است، بررسی کنند. آنها اساسا می توانند کل بخش ها را به طور همزمان اسکن کنند و جایی که مشکلات ممکن است پنهان شوند را تشخیص دهند.

میکروسکوپی صوتی اسکن (SAM) برای تشخیص خلا در مقیاس μm با وضوح بالا در رابط های اتصال الماس

میکروسکوپی صوتی رادیویی، که به اختصار SAM نامیده می‌شود، اطلاعات بسیار دقیق‌تری در بررسی حفره‌های بسیار ریز بین الماس و مواد چسباننده فراهم می‌کند. این سیستم قادر است نقص‌ها را تا اندازه حدود ۱۰ میکرومتر تشخیص دهد. هنگامی که ما ترانسدیوسرهای متمرکز را در مخازن خاصی پر شده از مایع قرار می‌دهیم، SAM تصاویر دقیق C-scan ایجاد می‌کند که محل شکست باندها و مناطق دارای تخلخل زیاد را نشان می‌دهد؛ این تفاوت‌ها بر اساس نحوه بازتاب موج‌های صوتی مشخص می‌شوند. چیزی که این روش را واقعاً ارزشمند می‌کند، توانایی آن در شناسایی مناطقی است که تنش ناشی از حفره‌های ریزتر از ۵۰ میکرومتر در آن‌ها ایجاد می‌شود. و چه می‌گویید؟ این مشکلات کوچک اغلب منجر به خرابی زودهنگام ابزارها در عملیات برش ساینده می‌شوند، بنابراین تشخیص به موقع آن‌ها هم زمان و هم هزینه تعویض را کاهش می‌دهد.

رادیوگرافی پرتو ایکس و توموگرافی کامپیوتری برای تشخیص و اندازه‌گیری حفره‌ها

رادیوگرافی دیجیتال برای غربالگری سریع حفره‌ها و ارزیابی توزیع اندازه

تصویربرداری دیجیتالی اشعه ایکس امکان غربالگری سریع و در مقیاس بزرگ از حفره‌های هوا در قطعات الماس سینترشده را فراهم می‌کند. این فرآیند تصاویر دو بعدی تولید می‌کند که نواحی با چگالی پایین‌تر را نشان می‌دهند و معمولاً به معنای وجود حفره‌هاست. بیشتر تولیدکنندگان می‌یابند که این روش برای شناسایی نقص‌های بزرگ‌تر از حدود ۵۰ میکرومتر و بررسی سریع نحوه پراکندگی این عیوب در دسته‌های مختلف در عرض تنها چند دقیقه بسیار مناسب است. به همین دلیل بسیاری از کارخانه‌ها ابتدا از این روش برای بررسی کیفیت محصول استفاده می‌کنند. اما یک محدودیت بزرگ نیز در اینجا وجود دارد. از آنجا که رادیوگرافی دیجیتالی اطلاعات زیادی درباره عمق ارائه نمی‌دهد، حفره‌های کوچک‌تری که زیر ساختارهای دیگر پنهان شده‌اند اغلب نادیده گرفته می‌شوند. این موضوع می‌تواند به ویژه در قطعات با هندسه‌های پیچیده که در آن ساختارها در تصویر روی هم قرار می‌گیرند، مشکل‌ساز باشد.

میکرو-CT برای نقشه‌برداری سه‌بعدی حفره‌ها، اندازه‌گیری کمّی تخلخل حجمی و تحلیل مورفولوژی

میکرو-رایانشگری پزشکی (میکرو-سی‌تی) با استفاده از هزاران تصویربرداری رادیوگرافیک، بازسازی جامع سه‌بعدی ساختارهای داخلی قطعات را فراهم می‌کند. این روش امکان دستیابی به موارد زیر را فراهم می‌کند:

• اندازه‌گیری دقیق تخلخل حجمی تا 0.1 درصد
• تحلیل دقیق شکل، جهت‌گیری و بافت سطحی حفره‌ها
• نقشه‌برداری مکانی خوشه‌های حفره در نزدیکی رابط‌های بحرانی
  برخلاف روش‌های دو بعدی، میکرو-سی‌تی قادر به تشخیص حفره‌های پنهان پشت فازهای متراکم است و تأثیر آنها بر یکپارچگی ساختاری را کمّی می‌کند. با دستیابی به وضوح تا 500 نانومتر، این روش امکان ارتباط مستقیم بین ویژگی‌های حفره‌ها و الگوهای مشاهده‌شده سایش یا شکست را فراهم می‌کند.

انتخاب روش مناسب تشخیص حفره‌ها: راهنمای عملی برای تولیدکنندگان

انتخاب تکنیک مناسب برای تشخیص حفره‌ها به میزان اهمیت جزئیات در مقایسه با سرعت مورد نیاز برای به دست آوردن پاسخ‌ها بستگی دارد. ریز-سی‌تی در مواردی که نیاز به دید سه‌بعدی دقیق از توزیع حفره‌ها یا اندازه‌گیری تخلیه‌های کمتر از ۵ میکرون وجود دارد، عملکرد بسیار خوبی دارد. محدوده وضوح ۰٫۱ تا ۱ میکرون بینشی فراهم می‌کند درباره ساختار مواد که روش‌های دیگر نمی‌توانند به آن دست یابند، و بسیاری از تولید‌کنندگان حدود ۹۲٪ موفقیت در یافتن نقص‌های پنهان حتی در مواد بسیار سخت را تجربه کرده‌اند. در موقعیت‌هایی که سرعت اولویت دارد نسبت به عمق، رادیوگرافی دیجیتال حفره‌های بزرگ‌تر از ۳۰ میکرون را با سرعت ۱۵ تا ۳۰ برابر بیشتر از ریز-سی‌تی بررسی می‌کند، هرچند نمی‌تواند به طور دقیق محل این حفره‌ها زیر سطح را مشخص کند. اگر یکپارچگی اتصاق بین لایه‌ها نگرانی اصلی باشد، میکروسکوپ آکوستیکی اسکن‌کننده (سام) می‌تواند حفره‌های ریزی به اندازه ۱ میکرون را در نقاط خاص شناسایی کند، در حالی که فناوری اولتراسونیک پالس-اکو حفره‌های بزرگ‌تر از ۵۰ میکرون را در کل سطح بررسی می‌کند. همیشه یافته‌ها را با استفاده از روش‌های مختلف مانند مقایسه نتایج سام با مدل‌های ریز-سی‌تی تصدیق کنید تا چیز مهمی از قلم نیفتد. همچنین مسائل عملی را فراموش نکنید — قیمت تجهیزات بسیار متفاوت است، برخی تکنیک‌ها روی نمونه‌های کوچک بهتر از دسته‌های بزرگ کار می‌کنند، و باید در نظر گرفت که آیا متالوگرافی سنتی برای تأیید استانداردهای کنترل کیفیت منطقی است یا نه.