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Abstract

本发明公开了一种用于TiC陶瓷钎焊的钎焊材料，由以下重量百分比的组分组成：TiC47.5％～53.5％，Cu7％～9％，Ni12％～18％，Ti10％～12％，Si2％～4％，V3.5％～4.5％，Pd4％～5％，Ag3％～5％。本发明的一种用于TiC陶瓷钎焊的钎焊材料，有效减少了制作成本，添加的合金元素Ag所占比重少，同时利用该钎焊材料焊接碳化钛陶瓷能有效避免接头脆性大的缺点，钎焊接头结合强度高；可直接钎焊TiC陶瓷，在焊前不需对TiC陶瓷进行表面预镀膜或其它改性处理，而且能够提高陶瓷表面的强度及耐磨性。

Description

一种用于TiC陶瓷钎焊的钎焊材料
技术领域
本发明涉及一种用于TiC陶瓷钎焊的钎焊材料，属于焊接技术领域。
背景技术
TiC陶瓷具有熔点高、导热性能好，硬度大，化学稳定好，不水解，高温抗氧化性好等优点可用于制造耐磨材料、切削刀具材料、机械零件等，透明碳化钛陶瓷又是良好的光学材料。但陶瓷材料的加工性能差、延展和韧性低、耐热冲击性能弱以及难以制造大型或复杂的构件，因而其使用受到了实际问题的挑战。实现陶瓷与金属或陶瓷与陶瓷之间的可靠连接，对开拓陶瓷的工程应用领域具有重要作用和意义。
陶瓷材料塑韧性差，难以制作大而复杂的结构，而且冷加工困难，导致其实际应用受到了很大限制，只有与金属材料的强韧性结合起来，才能满足现代工程的需要。一般需要在陶瓷表面金属化才能实现与金属或陶瓷的连接。但陶瓷与金属的热膨胀系数差别较大，并且金属对陶瓷的润湿性较差，在钎焊过程中由于新生成的物相结构或化合物导致接头脆化，连接强度大大降低。因此研制一种新的用于TiC陶瓷表面金属化的钎焊材料是解决上述问题的关键所在。
目前钎焊TiC陶瓷通常采用的钎料为活性钎料，如Ag-Cu-Ti、Ti-Ni-Cu等。如“一种金属与陶瓷的多层钎焊结构和钎焊方法”(专利号：201310751752.7)Ag-Cu-Ti钎料中含Ag量较大，成本高，并且Ag抗氧化性差，钎焊后的工件使用温度低，从而限制了TiC陶瓷优异高温性能的发挥。Ti-Ni-Cu钎料中虽然避免使用贵金属Ag，但钎料中存在大量活性元素Ti，使钎料脆性增大，室温强度降低。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于TiC陶瓷钎焊的钎焊材料，添加的合金元素Ag所占比重少，同时利用该钎焊材料焊接碳化钛陶瓷能有效避免接头脆性大的缺点，钎焊接头结合强度高。
技术方案：为实现上述目的，本发明的用于TiC陶瓷钎焊的钎焊材料，由以下重量百分比的组分组成：TiC47.5％～53.5％，Cu7％～9％，Ni12％～18％，Ti10％～12％，Si2％～4％，V3.5％～4.5％，Pd4％～5％，Ag3％～5％。
作为优选，所述钎焊材料的钎焊温度为980℃～1040℃。
作为优选，所述钎焊材料为箔状、膏状或金属布状。
作为优选，所述钎焊材料为膏状和金属布状时，TiC颗粒尺寸为：15μm～25μm，钎焊材料为箔状时，TiC颗粒尺寸为：44μm～74μm。
有益效果：与现有钎料相比，本发明具有以下优点：
(1)有效减少了制作成本，添加的合金元素Ag所占比重少，同时利用该钎焊材料焊接碳化钛陶瓷能有效避免接头脆性大的缺点，钎焊接头结合强度高；
(2)本发明的用于TiC陶瓷钎焊的材料可直接钎焊TiC陶瓷，在焊前不需对TiC陶瓷进行表面预镀膜或其它改性处理；
(3)钎焊材料中加入TiC能够提高陶瓷表面的强度及耐磨性，若加入太多会使钎焊接头组织变脆，太少不能够达到表面改性的目的；加入合金元素Cu能够降低Ni的熔点，若加入太多易引起晶间腐蚀；加入合金元素Ni能够增强陶瓷表面的耐腐蚀性，但加入太多易使接头组织变脆；加入合金元素Ti能够提高钎焊材料的流动性和塑性能力，降低了钎缝中组织的弹性模量，缓解接头残余应力，提高接头强度；加入合金元素Si能够降低熔点，提高合金流动性，提高合金塑性和成形能力，但加入过量的Si易形成脆性化合物，使接头组织变脆；加入合金元素V同样能够提高钎焊材料的流动性，改善钎焊材料的润湿性；加入合金元素Pd能够改善钎焊材料的综合性能，提高润湿性，但考虑到经济因素，其加入量不宜过多；加入合金元素Ag同样能够起到改善钎焊材料润湿性的作用，考虑Ag是贵金属，加入量多使成本升高；由于多种合金元素的加入，提高了钎焊材料的润湿性，降低了钎焊连接所需的温度，同时由于合金元素的加入，钎焊接头的组织性能得到有效改善，接头中的残余应力低；
(4)该钎焊材料即可用于TiC陶瓷表面改性，提高陶瓷表面的硬度及耐磨性，又可充当粘结层，便于TiC陶瓷与其他陶瓷或金属材料连接，粘结强度高。
具体实施方式
实施例1：
成分配方：本实施方式的用于TiC陶瓷钎焊的材料由以下组分组成：TiC51％、Cu8％、Ni15％、Ti11％、Si3％、V4％、Pd4％及Ag4％，其中TiC颗粒尺寸为：50μm。
钎焊材料制作：先通过真空冶炼合金，再通过机械加工的方式加工成箔状。
钎焊工艺：
(1)准备阶段：先对待钎焊的尺寸为20mm×10mm×5mm的TiC陶瓷表面进行清理，除去表面的杂质、油污和氧化膜，TiC陶瓷表面用金刚石研磨膏研磨平整，并置于丙酮中利用超声波清洗15min；
(2)装配步骤：根据试样的尺寸裁剪对应的钎焊材料，用钎焊胶将箔状的钎焊材料粘在TiC陶瓷表面，置于专门的夹具中；
(3)钎焊连接：将装配好的试样整体置于真空度不低于5×10-3Pa的真空钎焊设备中，首先以10℃/min的速率升温至300℃，保温15min，以5℃/min的速率升温至800℃，保温25min，再以5℃/min的速率继续升温至钎焊温度1020℃，保温30min，再以5℃/min的速率冷却至600℃，保温15min，最后以10℃/min的速率冷却至250℃，并随炉冷却至室温，取出试样。
结果：钎焊涂层成型良好，对涂层与基体的结合强度以及涂层表面的耐磨性进行测试，剪切强度为122MPa，磨损量为58mg。
实施例2：
成分配方：本实施方式的用于TiC陶瓷钎焊的材料由以下组分组成：TiC47.5％、Cu9％、Ni14％、Ti12％、Si4％、V3.5％、Pd5％及Ag5％，其中TiC颗粒尺寸为：20μm，其余颗粒尺寸为：60μm。
钎焊材料制作：将各种合金粉末按比例混合均匀，加入有机结合剂制备成膏状的钎焊材料。
钎焊工艺：
(1)准备阶段：先对待钎焊的尺寸为20mm×10mm×5mm的TiC陶瓷表面进行清理，除去表面的杂质、油污和氧化膜，TiC陶瓷表面用金刚石研磨膏研磨平整，并置于丙酮中利用超声波清洗15min，将膏状的钎焊材料均匀地涂于TiC陶瓷表面；
(2)钎焊连接：将准备好的试样整体置于真空度不低于5×10-3Pa的真空钎焊设备中，首先以10℃/min的速率升温至300℃，保温15min，以5℃/min的速率升温至800℃，保温25min，再以5℃/min的速率继续升温至钎焊温度1010℃，保温25min，再以5℃/min的速率冷却至600℃，保温15min，最后以10℃/min的速率冷却至250℃，并随炉冷却至室温，取出试样。
结果：钎焊涂层成型良好，对涂层与基体的结合强度以及涂层表面的耐磨性进行测试，剪切强度为117MPa，磨损量60mg。
实施例3：
成分配方：本实施方式的用于TiC陶瓷钎焊的材料由以下组分组成：TiC53.5％、Cu7％、Ni15％、Ti11％、Si2％、V3.5％、Pd5％及Ag3％，其中TiC颗粒尺寸为：20μm，其余颗粒尺寸为：60μm。
钎焊材料制作：将各种合金粉末按比例混合均匀，并加入有机树脂粘结剂，利用轧机装置制备出金属布状的钎焊材料。
钎焊工艺：
(1)准备阶段：先对待钎焊的尺寸为20mm×10mm×5mm的两块TiC陶瓷表面进行清理，除去表面的杂质、油污和氧化膜，TiC陶瓷表面用金刚石研磨膏研磨平整，并置于丙酮中利用超声波清洗15min；
(2)装配步骤：根据试样的尺寸裁剪对应的金属布钎焊材料，用钎焊胶将金属布钎焊材料粘于其中一块TiC陶瓷的上表面，再用钎焊胶粘上另一块TiC陶瓷，置于专门的夹具中；
(3)钎焊连接：将装配好的试样整体置于真空度不低于5×10-3Pa的真空钎焊设备中，首先以10℃/min的速率升温至300℃，保温15min，以5℃/min的速率升温至500℃，保温30min，以5℃/min的速率升温至800℃，保温25min，再以10℃/min的速率继续升温至钎焊温度1025℃，保温25min，再以5℃/min的速率冷却至800℃，最后随炉冷却至室温，取出试样。
结果：钎焊接头成型良好，对钎焊接头的结合强度进行测试，剪切强度为105MPa。
表1
表1为实施例以及对比例所采用的组分表，通过表1得出：由实施例1-3制得的钎焊接头微观结构致密，均匀分布，连接界面明显，接触角在8.1～9.7°之间，附着力在16.3～17.1N/mm2范围内，说明这种用于TiC陶瓷钎焊的材料拥有良好的附着力和润湿性能。
对比例1～5与实施例1～3相比，虽然接触角与附着力相差不大，但对比例1～5中加如的合金元素Ag的含量均高于实施例1～3，导致成本升高；同时对比例1～4中TiC的含量偏低，导致钎焊接头耐磨性降低；对比例1与对比例2中分别缺少合金元素Ni、Si、V、Pd与Si、V、Pd，使其综合性能降低，导致接头的剪切强度降低；对比例5中加入的合金元素Pd的量过大，增加成本，Si的含量低会引起钎焊材料的熔化温度升高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于TiC陶瓷钎焊的钎焊材料，其特征在于：由以下重量百分比的组分组成：TiC47.5％～53.5％，Cu7％～9％，Ni12％～18％，Ti10％～12％，Si2％～4％，V3.5％～4.5％，Pd4％～5％，Ag3％～5％。
2.根据权利要求1所述的用于TiC陶瓷钎焊的钎焊材料，其特征在于：所述钎焊材料的钎焊温度为980℃～1040℃。
3.根据权利要求1所述的用于TiC陶瓷钎焊的钎焊材料，其特征在于：所述钎焊材料为箔状、膏状或金属布状。
4.根据权利要求3所述的用于TiC陶瓷钎焊的钎焊材料，其特征在于：所述钎焊材料为膏状和金属布状时，TiC颗粒尺寸为：15μm～25μm，钎焊材料为箔状时，TiC颗粒尺寸为：44μm～74μm。
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