CN101913036B - 钎焊金刚石工具用铜锌钛钎料 - Google Patents

Abstract

一种钎焊金刚石工具用铜锌钛钎料，其特征在于：所述铜锌钛CuZnTi钎料包括下述重量比的原料，其中：铜45.0~70.0%、锌28.0~47.0%、钛0.1~15.0%；所述铜锌钛CuZnTi钎料还包括下述重量比的原料中的任意一种或两种以上组合，其中：锰0~15.0%、镍0~15.0%、硅0~2.0%、铬0~5.0%、镧0~0.5%或铈0~0.5%。本发明的优点在于：可以使金刚石与基体形成牢固冶金结合，结合强度高；钎料熔点较低，对金刚石热损伤小，易于钎焊；钎料塑性好，可加工成片、粉等形状；不含银等贵重金属元素，可在气体保护下钎焊金刚石制品，工艺简单，成本低。

Description

钎焊金刚石工具用铜锌钛钎料

技术领域

本发明涉及焊接材料，特别是一种适用于金刚石与基体实现钎焊结合的钎焊金刚石工具用铜锌钛钎料。

背景技术

由金刚石制作的超硬材料工具（制品）被广泛应用于各类金属材料的磨削加工，石材、陶瓷、光学玻璃等硬脆材料的加工，以及公路养护、地质采矿、油气钻探等众多工程领域，市场需求应用量很大。

金刚石与一般的金属、合金之间有很高的界面能，其表面不易被熔化的金属或合金所浸润。目前生产中使用的金刚石工具一般是利用粉末烧结或单层电镀工艺来制作。这两种工艺主要存在问题在于，磨粒只是被机械地包埋、镶嵌在结合层中，把持力不大，在负荷较重的加工中容易因把持力不足而导致磨料过早脱落。除把持力不足外，另一方面，在烧结和电镀工具中，磨粒的出露高度不大，容屑空间较小，在磨削加工时容易产生磨屑的粘附堵塞，降低工具的加工性能和使用寿命。

由于多层烧结和单层电镀金刚石工具存在上述缺陷和弊端，使其在高效磨削和高速/超高速磨削中的应用受到较大限制。为此，近十几年来人们开始探索钎焊技术用于金刚石工具制作，其出发点是希望借助钎焊时在金刚石磨料、钎料和基体界面上发生的熔解、浸润、扩散、化合等相互作用（即通常所说的化学冶金作用），从根本上改善基体和钎料合金对金刚石磨料的把持强度。

钎焊金刚石工具其目的在于通过金刚石、钎料合金、基体之间形成冶金结合以在金刚石自身性能不下降的情况下获得基体对金刚石牢固的把持力，满足高速高效加工技术发展要求，其关键技术在于钎料合金及与其相适应的钎焊技术。由于具有非常优越的使用性能，用钎焊法制作金刚石工具已开始成为研究和应用的热点技术。采用熔点较低的适合钎焊金刚石用的合金钎料，研究高效、低成本的钎焊技术，研究钎焊接头微观组织结构、界面反应热力学和动力学及应用性能是目前研究的主要研究内容，采用的钎料合金主要有镍基、铜基、银基三类。

目前镍基钎料研究较成熟，有NiCrSiB、NiCrP、NiFe合金添加Cr粉等，钎焊工艺采用真空、氩气保护、盐浴、大气条件下钎焊等。目前，在欧洲、日本等少数国家和地区（包括我国台湾地区在内）已经开始小批量试制单层钎焊金刚石工具，工业应用的钎焊金刚石工具基本上都是用镍基钎料真空炉中钎焊。镍基钎料的主要不足有：钎料熔点高，易对金刚石造成损伤；钎料为降低熔点加入B、Si、P等元素，脆性大，需要以非晶态或粉状使用，同时容易造成接头脆性大；为避免对金刚石的损伤，最合适的工艺方法也就是采用真空炉中钎焊，但工艺成本高。

铜基钎料方面，有CuSnTi、CuSnNiTi、CuSnCr、CuSnTiZr合金等，为降低熔点，合金中加入有大量的锡，但含锡合金脆性很大，不利于金刚石工具使用。中国专利CN200610104846.5公开了一种金属－金刚石钎焊用铜锰基预合金粉末及其制备方法，该方法采用了加锰的CuMnTi预合金粉钎焊金刚石工具，由于含有较多的锰，难以加工成片或箔材，不利于推广应用。

银基钎料方面，主要为有AgCuTi、AgCuV、AgCuZnCr等合金。用银基钎料钎焊金刚石的主要问题在于由于含有大量的贵金属银，成本高，难于在钎焊金刚石工具行业大规模应用。

发明内容

本发明的目的正是针对上述现有技术的状况和存在的不足之处而专门研制一种钎焊金刚石工具用铜锌钛钎料。本发明的钎料可以使金刚石与基体形成牢固冶金结合，结合强度高；钎料熔点较低，对金刚石热损伤小，易于钎焊；钎料塑性好，可加工成片、粉等形状；不含银等贵重金属元素，可在气体保护下钎焊金刚石制品，工艺简单，成本低。

本发明的目的可通过下述技术措施来实现：

本发明的钎焊金刚石工具用铜锌钛钎料包括下述重量比的原料，其中：铜45.0~70.0%、锌28.0~47.0%、钛0.1~15.0%。

本发明中所述铜锌钛CuZnTi钎料还包括下述重量比的原料中的任意一种或两种以上组合，以获得与金刚石工具性能相适应的合金成分，其中：锰0~15.0%、镍0~15.0%、硅0~2.0%、铬0~5.0%、镧0~0.5%或铈0~0.5%。

本发明中所述铜的重量比为56.8%~60.5%的、所述锌的重量比为38.0%~41.77%，所述钛的重量比为0.5~2.0%。

本发明中所述硅的重量比为0.5%，所述镧的重量比为0.03%，所述铈的重量比为0.03%。

本发明是基于下述各元素的特性原理而选择作为钎料的制备原料的。

a、锌：可以降低铜合金的熔点，锌与铜可形成强度和塑性良好的固溶体，但合金锌含量超过一定值后，组织中会形成β、γ等脆性相；

b、钛：活性元素，可与碳和锌形成化合物，形成牢固连接；

c、锰：可以提高高温强度、改善润湿性，又能降低熔点；

d、镍：可以提高钎料的强度和润湿性，但会使钎料熔点升高；

e、硅：可以降低钎料熔点，防止锌、锰的蒸发，提高润湿；

f、铬：碳化物形成元素，可提高润湿，形成牢固结合；

g、镧或铈：微量的镧或铈可以净化晶界，细化晶粒，改善钎料的润湿性。

本发明的钎料合金的制备方法可以经过真空气保护熔炼成铸锭，再经挤压轧制成片材；可以经过真空气保护熔炼，再气雾化成粉状；也可先将部分成分按配比制成合金，部分以金属粉形式与已制成的合金配合使用。

本发明的有益效果如下：

在铜中添加锌，可以降低熔点，同时合金具有良好的强度和韧性，成本也低；添加较高含量的活性元素钛、铬、硅，可以依靠活性元素对金刚石的润湿和形成一定数量的碳化物，使金刚石、钎料、基体间形成牢固冶金结合；添加锰、镍、镧或铈，提高合金综合性能，以获得与金刚石工具性能要求相匹配的钎料。

具体实施方式

本发明以下将结合实施例作进一步描述：

实施例1

本实施例的铜锌钛CuZnTi钎料是由重量比为60.5%的铜、38.0%的锌、1.5%的钛原料经过真空气保护熔炼成铸锭，再经挤压轧制成的片材。

实施例2

本实施例的铜锌钛CuZnTi钎料是由重量比为56.8%的铜、38.0%的锌、4.2%的锰、1.0%的钛原料经过真空气保护熔炼成铸锭，再经挤压轧制成的片材；也可经过真空气保护熔炼，再气雾化成粉状。

实施例3

本实施例的铜锌钛CuZnTi钎料是由重量比为56.8%的铜、41.77%的锌、9.5%的镍、1.2%的钛、0.03%的铈原料经过真空气保护熔炼成铸锭，再经挤压轧制成的片材。

Claims (2)

1.一种钎焊金刚石工具用铜锌钛钎料，其特征在于：所述铜锌钛CuZnTi钎料主要包括下述重量比的原料，其中：铜45.0~70.0%、锌28.0~47.0%、钛0.1~15.0%，以及下述重量比的原料中的任意一种或两种以上组合，其中：锰0~15.0%、镍0~15.0%、硅0~2.0%、铬0~5.0%、镧0~0.5%或铈0~0.5%；所述硅的重量比为0.5%，所述镧的重量比为0.03%，所述铈的重量比为0.03%。

2.根据权利要求1所述的钎焊金刚石工具用铜锌钛钎料，其特征在于：所述铜的重量比为56.8%~60.5%、所述锌的重量比为38.0%~41.77%，所述钛的重量比为0.5~2.0%。