CN106238962A

CN106238962A - 一种活性钎料合金

Info

Publication number: CN106238962A
Application number: CN201610763289.1A
Authority: CN
Inventors: 于新泉; 龙伟民; 钟素娟; 潘建军; 马佳; 于奇; 丁天然; 朱坤; 邹伟; 杨继东
Original assignee: Zhengzhou Research Institute of Mechanical Engineering Co Ltd
Current assignee: Zhengzhou Research Institute of Mechanical Engineering Co Ltd
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2016-12-21

Abstract

本发明涉及一种活性钎料合金，属于钎焊材料技术领域。该活性钎料合金含有以下质量百分比的组分：铜45.0％～70.0％、锌3.0％～47.0％、锡0.5％～40.0％、钛0.1％～15.0％。本发明的活性钎料合金，在铜锌活性钎料基础上复合添加锡，所得钎料合金熔点低，能够在800℃以下即可获得完全液相，钎焊时使金刚石与基体形成牢固冶金结合，结合强度高，对金刚石把持力高；钎焊连接时温度低，对金刚石热损伤小，易于钎焊；不含银等贵重金属元素，可在气体保护下烧结或者钎焊金刚石制品，工艺简单，成本低。

Description

一种活性钎料合金

技术领域

本发明属于钎焊材料技术领域，具体涉及一种适用于超硬磨料与基体钎焊结合的活性钎料合金。

背景技术

由金刚石及立方氮化硼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、立方氮化硼与一般的金属、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。

钎焊金刚石工具的目的在于，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；为减少对金刚石的损伤，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。如现有技术中，CN101913036B公开了一种钎焊金刚石工具用铜锌钛钎料，所述铜锌钛CuZnTi钎料宝库下述重量比的原料：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％。该专利方法采用了在铜锌合金中加入Ti等合金元素，改善了钎料的脆性，降低了钎料的成本。而铜锡或铜锌类的活性钎料，钎料熔点均较高，要获得完全液相和焊接需要900℃以上。然而，当金刚石在热压过程或者金刚石颗粒较细时，要求对金刚石的活性连接不需要很高的强度和韧性，而重要的是要有更低的烧结和钎焊连接温度，就需要对钎焊金刚石的铜锡类合金及铜锌钛钎料做进一步改进。

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

本发明的目的是提供一种活性钎料合金，解决现有钎料合金熔点高，钎焊连接过程中易对金刚石造成热损伤的问题。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种活性钎料合金，含有以下质量百分比的组分：铜45.0％～70.0％、锌3.0％～47.0％、锡0.5％～40.0％、钛0.1％～15.0％。

所述的活性钎料合金，含有以下质量百分比的组分：铜54.0％～58.0％、锌25.0％～44.0％、锡1.5％～15.0％、钛0.5％～2.0％。

所述的活性钎料合金，含有以下质量百分比的组分：铜54.0％～58.0％、锌40.0％～44.0％、锡1.5％～4.0％、钛0.5％～1.0％。

优选的，所述活性钎料合金由以下质量百分比的组分组成：铜54.0％～58.0％、锌40.0％～44.0％、锡1.5％～4.0％、钛0.5％～1.0％。

本发明的活性钎料合金，主要含有铜、锌、锡、钛，在铜锌活性钎料基础上复合添加锡，所得钎料合金熔点低，在800℃以下即可获得完全液相，钎焊时使金刚石与基体形成牢固冶金结合，结合强度高，对金刚石把持力高；钎焊连接时温度低，对金刚石热损伤小，易于钎焊；不含银等贵重金属元素，可在气体保护下烧结或者钎焊金刚石制品，工艺简单，成本低。

以在所述活性钎料合金中的质量百分比计，该活性钎料合金还含有以下组分中的任意一种或组合：锰0～15.0％、镍0～15.0％、硅0～2.0％、铬0～5.0％、镧0～0.5％、铈0～0.5％。

以在所述活性钎料合金中的质量百分比计，该活性钎料合金还含有以下组分中的任意一种或组合：锰0～4.2％、镍0～7.0％、铈0.03％～0.1％。

优选的，以在所述活性钎料合金中的质量百分比计，该活性钎料合金还含有以下组分中的任意一种或组合：镍2.0％、锰0.5％、铈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：

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；

锡：可以降低合金熔点，但使脆性增加；

钛：活性元素，可与碳和锌形成化合物，形成牢固连接；

锰：可以提高高温强度、改善润湿性，又能降低熔点；

镍：可以提高钎料的强度和润湿性，但会使钎料熔点升高；

硅：可以降低钎料熔点，防止锌、锰的蒸发，提高润湿；

铬：碳化物形成元素，可提高润湿，形成牢固结合；

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，包括：

取配方量的原料，经过真空气保护熔炼，再气雾化成粉状；

或者，取配方量的原料，经过真空气保护熔炼成铸锭，再经挤压轧制成片材；

或者，取部分原料按配比制成合金，剩余部分以金属粉形式与已制成的合金配合使用。

本发明的钎料合金，与现有技术相比，有益效果如下：

在铜基中添加锌，降低了合金熔点，同时复合添加锡，使得合金熔点进一步降低，使其在800℃以下可以完全融化；同时，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，从而获得与金刚石工具性能要求相匹配的钎料。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例1

本实施例的活性钎料合金，由以下质量百分比的组分组成：57.0％的铜、38.0％的锌、3.5％的锡、1.5％的钛。

制备方法为：取配方量的上述原料，经过真空气保护熔炼成铸锭，再经挤压轧制成片材，即得所述活性钎料合金。

本实施例的活性钎料合金在800℃以下即可获得完全液相。

实施例2

本实施例的活性钎料合金，由以下质量百分比的组分组成：54.3％的铜、28.0％的锌、12.5％的锡、4.2％的锰、1.0％的钛。

制备方法为：取配方量的上述原料，经过真空气保护熔炼成铸锭，再经挤压轧制成片材，即得所述活性钎料合金；或者取配方量的上述原料，经过真空气保护熔炼，再气雾化成粉状，即得所述活性钎料合金。

本实施例的活性钎料合金液相线775℃，在800℃以下即可获得完全液相。

实施例3

本实施例的活性钎料合金，由以下质量百分比的组分组成：54.0％的铜、40.27％的锌、2.5％的锡、2.0％的镍、1.2％的钛、0.03％的铈。

本实施例的活性钎料合金在800℃以下即可获得完全液相。

Claims

1.一种活性钎料合金，其特征在于：含有以下质量百分比的组分：铜45.0％～70.0％、锌3.0％～47.0％、锡0.5％～40.0％、钛0.1％～15.0％。

2.根据权利要求1所述的活性钎料合金，其特征在于：含有以下质量百分比的组分：铜54.0％～58.0％、锌25.0％～44.0％、锡1.5％～15.0％、钛0.5％～2.0％。

3.根据权利要求2所述的活性钎料合金，其特征在于：含有以下质量百分比的组分：铜54.0％～58.0％、锌40.0％～44.0％、锡1.5％～4.0％、钛0.5％～1.0％。

4.根据权利要求1、2或3所述的活性钎料合金，其特征在于：以在所述活性钎料合金中的质量百分比计，该活性钎料合金还含有以下组分中的任意一种或组合：锰0～15.0％、镍0～15.0％、硅0～2.0％、铬0～5.0％、镧0～0.5％、铈0～0.5％。

5.根据权利要求4所述的活性钎料合金，其特征在于：以在所述活性钎料合金中的质量百分比计，该活性钎料合金还含有以下组分中的任意一种或组合：锰0～4.2％、镍0～7.0％、铈0.03％～0.1％。

6.根据权利要求5所述的活性钎料合金，其特征在于：以在所述活性钎料合金中的质量百分比计，该活性钎料合金还含有以下组分中的任意一种或组合：镍2.0％、锰0.5％、铈0.03％。