CN101972904A

CN101972904A - 一种用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料及其制备方法

Info

Publication number: CN101972904A
Application number: CN 201010551063
Authority: CN
Inventors: 陈良勇; 曹健; 张鹏
Original assignee: HARBIN HI-TECH MACHINERY Co Ltd
Current assignee: Harbin Hanlin Technology Development Co ltd
Priority date: 2010-11-19
Filing date: 2010-11-19
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2030-11-19
Also published as: CN101972904B

Abstract

一种用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料及其制备方法，它涉及一种钎焊材料及其制备方法。它要解决的是传统硬质合金刀具钎焊钎料高温强度较低、所用钎料价格昂贵、使用接头形式受限的问题以及钎料制备工艺复杂的问题。本发明用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料由Cu、Ag、TiH₂、Ni、Sn和Cr混合制成。其制备方法是通过备料和机械合金化两步制成。本发明得到的高温钎料润湿性好，钎焊质量好，钎焊接头具有良好的高温力学性能，满足各种形式接头的需求，而且钎料成本低，制备工艺和设备简单，生产效率高。本发明可以广泛应用于我国硬质合金刀具焊接技术领域中。

Description

一种用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种钎焊材料及其制备方法。

背景技术

刀具行业的发展水平是直接决定着国家制造能力的关键，近年来我国的刀具行业取得了长足的发展和进步，目前已经能够生产多种形式的刀具产品，硬质合金刀具是刀具产品中最重要的组成部分之一。我国的硬质合金刀具整体水平与国外还存在着较大的差距，其中硬质合金刀具焊接技术已经成为限制刀具发展的瓶颈技术。

硬质合金刀具中最主要的焊接问题就是实现硬质合金刀片与低碳钢基体之间的可靠连接，这两种材料焊接主要存在两个问题：其一是硬质合金的润湿性不好，钎料的润湿铺展和界面反应不能满足要求；另外是由于这两种材料在物理性质和化学性能方面存在很大的差异，在焊接过程中容易产生较大的应力，所以其高质量焊接问题一直难以解决。目前对于合金刀具的制备中应用最多的钎焊技术，也就是利用在待焊接母材之间添加钎料箔，通过加热使钎料熔化实现二者的焊接。专利(专利号：ZL 01136997.3)报道了一种硬质合金刀具的钎焊制备方法，焊接中采用银基或铜基钎焊实现了合金刀具的焊接。专利(申请号：200810045993.9)也公开了一种利用钎焊技术实现合金刀具焊接的方法及相应采用的银基钎料配方。然而目前刀具工业生产领域中常用的钎料存在几个突出的问题：

1、钎焊接头的使用温度低，硬质合金刀具在实际服役过程中很容易达到较高的温度，现有钎料在高温环境下力学性能差，难以保证钎焊接头的高温使用可靠性；

2、常用钎料不含活性元素，对硬质合金的润湿性能一股，尤其是应用较多的银基钎料价格昂贵，生产成本高；

3、钎料制备过程复杂，通常需要大型的熔炼和甩带设备，制备工艺和设备复杂，钎料生产周期长；而且钎料大部分钎料为箔片状钎料，很难满足特殊形式接头的需要。

发明内容

本发明是为了解决硬质合金刀具钎焊接头高温强度较低、润湿性能差、所用钎料价格昂贵、适用接头形式受限以及钎料制备工艺复杂的问题，而提供一种用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料及其制备方法。

本发明一种用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料按重量百分比由10％～20％的Ag、10％～15％的TiH₂、10％～15％的Ni、5％～10％的Sn、0.5％～1.5％的Cr和38.5％～64.5％的Cu制成。

本发明一种用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料的制备方法按以下步骤实现：一、备料：按重量百分比称取10％～20％的Ag、10％～15％的TiH₂、10％～15％的Ni、5％～10％的Sn、0.5％～1.5％的Cr和38.5％～64.5％的Cu粉末；二、机械合金化：将球磨球和步骤一称取的粉末装入球磨罐中，抽真空后充入氩气，然后以转速为250～380r/min间歇性球磨8～20h，每球磨4h停歇2h，球料质量比为10～15∶1，填料与球磨罐的体积比为0.45～0.55∶1；即得到了用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料。

本发明所制备的高温钎料中，Ag和Cu的添加可以保证钎料具有良好的塑性，能够有助于缓解焊接过程中产生的残余应力，同时可以保证钎料具有合适的熔化区间；TiH₂可以在700℃时完全脱氢分解，从而转化成纯净的Ti，这样能够极大程度改善钎料在硬质合金表面的润湿性能，保证钎缝成形良好；然后转化成β-Ti；Ni可以在较低温度下与Ti形成共晶，一方面保证钎料在较低的温度下熔化，另外也对钎料的塑性和高温使用性能提供保证；Sn可以改善钎料的润湿铺展能力，同时有助于降低钎料熔点，使钎料具有良好的使用性能；Cr的添加可以大幅度提高钎焊接头的高温使用性能。

本发明制备的高温钎料采取侧面预置钎料方式，钎焊温度1000℃时可以得到完整硬质合金刀具焊接接头，接头具有良好力学性能，其室温抗剪性能可达到210MPa以上，800℃高温三次热循环后的室温抗剪强度可达到180MPa以上，800℃高温抗剪强度可达到150MPa以上，可以保证钎焊的硬质合金刀具的高温使用。本发明所制备的钎料与现有的钎料对比，对于硬质合金刀具而言熔点合适，润湿性好，保证硬质合金刀具的高温使用性能，且本发明的钎料成分中贵金属Ag含量较少，成本低廉，粉末状的钎料能够满足各种形式接头钎焊的需要。

本发明中的高温钎料制备方法与传统的采用熔炼制备钎料的方法相比，本发明所使用的方法避免了低熔点组元的烧损问题，生产工艺简单，降低了生产成本。

本发明涉及的高温钎焊材料及其制备方法用于硬质合金刀具钎焊上具有钎料润湿性好、适用于各种形式接头、制备方法简便、制造成本低等优点。

附图说明

图1是具体实施方式十二制备的用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料的扫描电镜图；

图2是具体实施方式十二制备的用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料，采取侧面预置钎料方式断面形态的光学显微图；

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式一种用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料按重量百分比由10％～20％的Ag、10％～15％的TiH₂、10％～15％的Ni、5％～10％的Sn、0.5％～1.5％的Cr和38.5％～64.5％的Cu制成。

本实施方式中的粉末质量纯度为99％～99.9％。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料按重量百分比由12％～18％的Ag、11％～14％的TiH₂、11％～14％的Ni、6％～9％的Sn、0.7％～1.3％的Cr和44.7％～59.3％的Cu制成。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料按重量百分比由15％的Ag、12％的TiH₂、12％的Ni、8％的Sn、1.0％的Cr和52％的Cu制成。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料按照重量百分比由10％的Ag、10％的TiH₂、10％的Ni、10％的Sn、0.8％的Cr和59.2％的Cu制成。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料按照重量百分比由15％的Ag、12％的TiH₂、12％的Ni、8％的Sn、1.1％的Cr和51.9％的Cu制成。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是所用原料Ag、TiH₂、Ni、Sn、Cr和Cu均为粉末，粉末的质量纯度为99％～99.9％。其它与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是所用原料Ag、TiH₂、Ni、Sn、Cr和Cu均为粉末，粉末的质量纯度为99.5％。其它与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式八：本实施方式一种用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料按照以下步骤实现：一、备料：按重量百分比称取10％～20％的Ag、10％～15％的TiH₂、10％～15％的Ni、5％～10％的Sn、0.5％～1.5％的Cr和38.5％～64.5％的Cu粉末；二、机械合金化：将球磨球和步骤一称取的粉末装入球磨罐中，抽真空后充入氩气，然后以转速为250～380r/min间歇性球磨8～20h，每球磨4h停歇2h，球料质量比为10～15∶1，填料与球磨罐的体积比为0.45～0.55∶1；即得到了用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八不同的是步骤二中以转速为270～360r/min间歇性球磨10～18h，每球磨4h停歇2h，球料质量比为11～14∶1。其它步骤和参数与具体实施方式八相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式八不同的是步骤二中以转速为280～350r/min间歇性球磨12～14h，每球磨4h停歇2h，球料质量比为12～13∶1。其它步骤和参数与具体实施方式八相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式八不同的是步骤二中以转速为340r/min间歇性球磨12h，每球磨4h停歇2h，球料质量比12∶1。其它步骤和参数与具体实施方式八相同。

具体实施方式十二：本实施方式一种用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料按照以下步骤实现：一、备料：按重量百分比称取20％的Ag、15％的TiH₂、15％的Ni、5％的Sn、0.8％的Cr和44.2％的Cu粉末；二、机械合金化：将球磨球和步骤一称取的粉末装入球磨罐中，抽真空后充入氩气，然后以转速为340r/min间歇性球磨12h，每球磨4h停歇2h，球料质量比为12∶1，填料与球磨罐的体积比为0.5∶1；即得到了用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料。

本实施方式步骤一中称取的粉末质量纯度为99％。

本实施方式中制备的用于硬质合金刀具钎焊的钎料的扫描电镜图如图1所示，从图1可以看出粉末粒度细小均匀，说明该工艺可以实现粉末的均匀混合；图2为本实施方式制备的高温钎料采取侧面预置钎料方式断面形态的光学显微镜1000倍下显微图，该钎料的钎焊温度在1000℃时可以得到完整的硬质合金刀具接头，接头具有良好力学性能，其室温抗剪性能可以达到210MPa，800℃高温三次热循环后的室温抗剪强度可以达到180MPa，800℃高温抗剪强度可以达到150MPa，说明钎焊接头具有良好的高温使用性能；从图2中可以看出，采用制备的钎料可以实现硬质合金刀具的焊接，钎料润湿性良好，界面反应充分，钎料对母材溶蚀很小，接头内不存在焊接缺陷，说明本发明中得到的高温钎料完全可以满足硬质合金刀具焊接的需求。

Claims

1.一种用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料，其特征在于用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料按重量百分比由10％～20％的Ag、10％～15％的TiH₂、10％～15％的Ni、5％～10％的Sn、0.5％～1.5％的Cr和38.5％～64.5％的Cu制成。

2.根据权利要求1所述的一种用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料，其特征在于用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料按重量百分比由12％～18％的Ag、11％～14％的TiH₂、11％～14％的Ni、6％～9％的Sn、0.7％～1.3％的Cr和44.7％～59.3％的Cu制成。

3.根据权利要求1所述的一种用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料，其特征在于用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料按重量百分比由15％的Ag、12％的TiH₂、12％的Ni、8％的Sn、1.0％的Cr和52％的Cu制成。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料，其特征在于所用原料Ag、TiH₂、Ni、Sn、Cr和Cu均为粉末，粉末的质量纯度为99％～99.9％。

5.根据权利要求1、2或3所述的一种用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料，其特征在于所用原料Ag、TiH₂、Ni、Sn、Cr和Cu均为粉末，粉末的质量纯度为99.5％。

6.制备权利要求1所述的一种用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料的方法，其特征在于用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料按照以下步骤实现：一、备料：按重量百分比称取10％～20％的Ag、10％～15％的TiH₂、10％～15％的Ni、5％～10％的Sn、0.5％～1.5％的Cr和38.5％～64.5％的Cu粉末；二、机械合金化：将球磨球和步骤一称取的粉末装入球磨罐中，抽真空后充入氩气，然后以转速为250～380r/min间歇性球磨8～20h，每球磨4h停歇2h，球料质量比为10～15∶1，填料与球磨罐的体积比为0.45～0.55∶1；即得到了用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料。

7.根据权利要求6所述的一种用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料的制备方法，其特征在于步骤二中以转速为270～360r/min间歇性球磨10～18h，每球磨4h停歇2h，球料质量比为11～14∶1。

8.根据权利要求6所述的一种用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料的制备方法，其特征在于步骤二中以转速为280～350r/min间歇性球磨12～14h，每球磨4h停歇2h，球料质量比为12～13∶1。

9.根据权利要求6所述的一种用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料的制备方法，其特征在于步骤二中以转速为340r/min间歇性球磨12h，每球磨4h停歇2h，球料质量比12∶1。