CN106270873B - 一种硬质合金的钎焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硬质合金的钎焊方法，属于硬质合金的钎焊领域。硬质合金的钎焊方法，包括：在硬质合金和钎料之间引入单质钴，然后进行焊接。本发明提供的硬质合金的钎焊方法，通过在硬质合金和钎料之间引入单质钴，使钎焊过程中，在钎料和硬质合金界面处形成钴浓度高的液相区，钴自界面分别向硬质合金方向、钎料方向扩散，使钴自界面向硬质合金方向扩散，与硬质合金中钴向界面的扩散趋势互为平衡，从而有效抑制了“钴扩散迁移”现象的发生，提高了硬质合金钎焊制品的焊接质量。

Description

一种硬质合金的钎焊方法

技术领域

本发明属于硬质合金的钎焊领域，具体涉及一种硬质合金的钎焊方法。

背景技术

硬质合金通常为难熔金属硬质混合物与粘结金属经冷压或热压成型烧结制造的一类合金，因其具有高硬度、高耐磨性、极佳的红硬性而被广泛应用于金属切削工具、矿山采掘、石油钻井、采煤截齿、拉伸冲压模具、轧辊、量具等诸多行业。根据硬质合金中硬质化合物的不同，可分为钨钴类(YG)、钨钛钴类(YT)、钨钛钽(铌)钴类(YW)及碳化钛类(YN)四大类。硬质合金通常以钴作为粘结剂填充于金属硬质化合物——如碳化物颗粒间，其含量对硬质合金的强度、硬度与耐磨性能有直接影响。

硬质合金与基体的连接有机械装卡、钎焊、机械镶嵌、镶铸四种方式，精加工硬质合金工具和采掘工具主要使用钎焊方式制造。在钎焊过程中，高温下硬质合金胎体中的钴向液态钎料总扩散并与钎料中的锰、镍元素形成镍锰钴三元共晶，而硬质合金/钎料界面处钴含量大幅降低，该现象称之为“钴扩散迁移”。“钴扩散迁移”现象意味着硬质合金中粘结剂流失，致使焊接面硬质合金胎体不密实、强度下降，焊接质量及使用性能降低。

目前已有方法通过改进钎料成分以防止硬质合金钎焊过程中“钴扩散迁移”现象的发生。其将钎料中的锰部分以钴替代，提高钎料中钴的物质浓度以减缓硬质合金胎体中的“钴扩散迁移”现象；但该方法的不足在于钎料的熔点较高且润湿性能变差，导致焊接的均匀性下降，焊接质量难以满足要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种硬质合金的钎焊方法，其可以有效阻止硬质合金钎焊过程中“钴扩散迁移”现象的发生。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种硬质合金的钎焊方法，包括：在硬质合金和钎料之间引入单质钴，然后进行焊接。

钎料是钎焊时的填充材料。钎焊时，钎料能与基材发生润湿、溶解、反应扩散等相互作用，并通过形成牢固的冶金结合实现钎焊件与基材的连接。本发明中，硬质合金用于与基体钎焊，所述基体为金属材料基体，优选钢基体。

依据菲克第一定律(式(1))及菲克第二定律(式(2))：

式(1)、式(2)中，J为扩散通量，D为扩散系数，C为物质浓度，x为与界面间距，t为扩散时间。

本发明提供的硬质合金的钎焊方法，通过在硬质合金和钎料之间引入单质钴，使钎焊过程中，在钎料和硬质合金界面处的钴含量高于界面两侧而呈现峰值；依据菲克定律，钎焊过程中，钴元素的迁移速率及迁移量与界面两侧钴的物质浓度差正相关，且物质浓度的变化率与两侧物质浓度差正相关；钎焊时，在该界面处形成钴浓度高的液相区，钴自界面分别向硬质合金方向、钎料方向扩散，使钴自界面向硬质合金方向扩散，与硬质合金中钴向界面的扩散趋势互为平衡，从而有效抑制了“钴扩散迁移”现象的发生，提高了硬质合金钎焊制品的焊接质量。

本发明介绍两种在硬质合金和钎料之间引入单质钴的方法。分别为：

(1)在硬质合金和钎料之间涂覆含钴钎剂以引入单质钴，所述含钴钎剂由钴粉和钎剂组成，钴粉的质量至少为钎剂质量的5％。

钎剂是钎焊过程中使用的熔剂，与钎料配合使用，是保证钎焊过程顺利进行和获得致密接头的重要物质。钎剂的作用是清除熔融钎料和基材表面的氧化物，保护钎料及基材表面不被氧化，改善钎料对基材的润湿性能，促进界面活化，使其能顺利地实现钎焊过程。

优选的，钴粉的粒径为300目以细。向钎剂中按比例加入钴粉，混合均匀，即得含钴钎剂。

钎焊时的温度为900℃～1000℃，焊接时，焊接的温度根据所使用的钎料种类变化，保温时间较常规焊接时的保温时间增加20％。钎焊可采用15kW高频感应焊机进行加热。

本发明的硬质合金的钎焊方法，通过向钎剂中添加钴的方式使钎焊界面处钴含量呈现峰值，钴自钎焊界面向硬质合金方向扩散，与硬质合金中钴向钎焊界面的扩散趋势互为平衡，抑制“钴扩散迁移”现象的发生。该方法不改变钎料的熔点、润湿性能等自身特性，可获得高焊接质量的产品且工艺简单，适于在硬质合金的钎焊过程中的推广应用。

(2)在钎料表面机械嵌入钴粉以引入单质钴，钴在钎料表面的覆盖率在5％以上。

所述机械嵌入是采用轧辊挤压将钴粉嵌入钎料表面。

为方面钎焊过程的进行，优选的，在钎料靠近硬质合金一侧的表面机械嵌入钴粉，得到嵌钴钎料；再在嵌钴钎料的嵌钴面上涂覆钎剂、放置硬质合金，然后进行焊接。

优选的，钴粉的粒径为60目～150目。

在基材表面依次放置嵌入钴粉的钎料、钎剂、硬质合金进行钎焊，即得。钎焊可采用15kW高频感应焊机进行加热。

本发明的硬质合金的钎焊方法，通过将钴粉嵌入钎料表面，使钎料和硬质合金界面处的钴含量呈现峰值，抑制“钴扩散迁移”现象的发生。该方法适用于工业自动化生产，可保证机械嵌入过程稳定，获得质量稳定、批次重复性好的钎焊硬质合金复合材料。

附图说明

图1为硬质合金的结构示意图；

图2为含钴钎剂的制备示意图；

图3为钴粉机械嵌入钎料表面的示意图；

图4为本发明实施例1的硬质合金的钎焊方法示意图；

图5为本发明实施例2的硬质合金的钎焊方法示意图；

图中，1-钴粉；2-膏状钎剂；3-钎料；4-钢基体；5-含钴钎剂；6-硬质合金；7-嵌钴钎料。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

在以下实施例中，硬质合金的结构示意图如图1所示，钴作为粘结剂填充于金属硬质化合物之间(以碳化钨为例)；

图2为含钴钎剂的制备示意图，将钴粉1加入膏状钎剂2中混合均匀即得；

图3为钴粉机械嵌入钎料表面的示意图。图中采用轧辊挤压的方式将钴粉1嵌入钎料3表面。

实施例1

本实施例的硬质合金的钎焊方法，示意图如图4所示，包括以下步骤：

1)向膏状钎剂(FB105成分膏状钎剂)中加入300目以细钴粉并混合均匀，得到含钴钎剂；含钴钎剂中，钴粉质量为膏状钎剂质量的5％；

2)清理硬质合金6与钢基体4的表面，在钢基体表面放置钎料3，再在钎料3表面涂覆含钴钎剂5，然后在含钴钎剂5表面放置硬质合金6，使用15kW高频感应焊机加热至940～960℃，保温120s。

实施例2

本实施例的硬质合金的钎焊方法，示意图如图5所示，包括以下步骤：

1)将60目～150目的钴粉均匀铺撒在HL105钎料表面，钴粉在HL105钎料表面的覆盖率为5％，通过轧辊挤压将钴粉颗粒嵌入HL105钎料表面，得到嵌钴钎料；

2)清理硬质合金6与钢基体4的表面，在钢基体4表面放置嵌钴钎料7，再在嵌钴钎料7表面涂覆膏状钎剂2(FB105成分膏状钎剂)，然后在钎剂表面放置硬质合金6，使用15kW高频感应焊机加热至940～960℃，保温120s。

对比例1

对比例的硬质合金钎焊方法，是在钢基体表面，依次放置HL105钎料、膏状钎剂及YG8硬质合金，使用15kW高频感应焊机加热至940～960℃，保温100s，即得。

试验例

本试验例对各实施例的钎焊方法的焊接质量进行检测，结果如表1所示。

表1实施例1、实施例2与对比例1的对比试验结果

由表1的试验结果可知，本发明的硬质合金的钎焊方法所得制品在抗剪强度方面优于常规硬质合金的钎焊方法，通过有效抑制硬质合金中“钴扩散迁移”，提高了焊接质量。

Claims (5)

1.一种硬质合金的钎焊方法，其特征在于，包括：在硬质合金和钎料之间引入单质钴，然后进行焊接；所述硬质合金以钴作为粘结剂填充于金属硬质化合物颗粒间；焊接的温度为900～1000℃；

在硬质合金和钎料之间引入单质钴的方式如下：

在硬质合金和钎料之间涂覆含钴钎剂以引入单质钴；所述含钴钎剂由钴粉和钎剂组成，钴粉的质量至少为钎剂质量的5%；

或者，在钎料靠近硬质合金一侧的表面机械嵌入钴粉以引入单质钴，钴在钎料表面的覆盖率在5%以上；

通过在硬质合金和钎料之间引入单质钴，使钎焊界面处钴含量呈现峰值，钴自钎焊界面向硬质合金方向扩散，与硬质合金中钴向钎焊界面的扩散趋势互为平衡，抑制钴扩散迁移现象的发生。

2.如权利要求1所述的硬质合金的钎焊方法，其特征在于，所述在硬质合金和钎料之间涂覆含钴钎剂以引入单质钴，钴粉的粒径为300目以细。

3.如权利要求1所述的硬质合金的钎焊方法，其特征在于，在钎料靠近硬质合金一侧的表面机械嵌入钴粉，得到嵌钴钎料；再在嵌钴钎料的嵌钴面上涂覆钎剂、放置硬质合金，然后进行焊接。

4.如权利要求1所述的硬质合金的钎焊方法，其特征在于，所述机械嵌入是采用轧辊挤压将钴粉嵌入钎料表面。

5.如权利要求3～4任一项所述的硬质合金的钎焊方法，其特征在于，所述在钎料靠近硬质合金一侧的表面机械嵌入钴粉以引入单质钴，钴粉的粒径为60目～150目。