CN106541223A

CN106541223A - 布状镍基钎焊材料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN106541223A
Application number: CN201510613868.3A
Authority: CN
Inventors: 高莹; 娄立艳; 韩敬华; 陈昌亮
Original assignee: Tianjin University of Technology
Current assignee: Tianjin University of Technology
Priority date: 2015-09-23
Filing date: 2015-09-23
Publication date: 2017-03-29

Abstract

本发明公开了布状镍基钎焊材料及其制备方法和应用，采用镍基合金粉末、硬质合金粉末与有机成型剂混合而成，宏观表现为布状，在进行使用时可进行切割使用，根据钎涂工件的要求切割成任意形状，并且厚度可以通过压延工艺调整，避免了镍基钎焊粉末无法成型的缺点同时提高钎涂层硬度。

Description

布状镍基钎焊材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，更加具体地说，涉及焊接材料及其制备方法。

背景技术

真空钎涂是真空钎焊方法在工件表面增加一层新合金，用以改变工件材料原有性能的一种工艺方法，它是真空钎焊的特殊形式，将钎焊与喷涂(焊)结合在一起，具有一定工艺优势。由于目前钎焊材料较少，限制了该种工艺的使用，目前真空钎焊材料有银基、铜基、镍基、钴基、钯基等材料，其中银基、钯基中金属银和钯属于贵金属材料，会使材料整体价格很高，对于一般的工件极少使用；铜基钎焊材料硬度较低，对于表面强化的钎涂领域无法使用；镍基、钴基材料的钎焊工艺性较好，同时硬度比铜基材料高，是良好的钎涂材料，其中以镍基材料性价比最高，获得最为方便。为了降低镍基钎焊的工艺温度，往往在镍基钎焊材料中加入硼、硅等共晶化元素，但这些元素的加入使得镍基钎料的脆性极大，使得镍基钎料往往以粉末供货，成型较难，无法使镍基钎料成型为片状。同时钎涂层硬度不高(HRC40以内)，无法满足高耐磨工况的使用要求。

发明内容

本发明的目的在于客服现有技术的不足，为解决这镍基钎料成型不易与硬度有限的问题，提供一种布状镍基钎焊材料及其制备方法和应用，解决镍基钎料的成型问题，并可提高钎涂层硬度达到高耐磨性的要求。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

布状镍基钎焊材料，由镍基合金粉末、硬质合金粉末和粘结剂组成，且宏观表现为布状，镍基合金粉末和硬质合金粉末的质量之和与粘结剂的质量比为(6—10)：1，优选(8—10)：1；在镍基合金粉末和硬质合金粉末的总和中，硬质合金粉末的质量百分数为10—40wt％，其中：

镍基合金粉末的合金元素成份(即质量百分比，wt％)如下：碳为0.2-0.9％；硅为2-4.7％；硼为1.3-3.5％；铬为10-25％；铁为1-15％；镍为剩余；优选如下：碳为0.4-08％；硅为2.5-4％；硼为1.5-3％；铬为15-20％；铁为5-10％；镍为剩余。

镍基合金粉末的含氧量不大于300ppm，优选100—200ppm；粒度为100—250目。

硬质合金粉末为碳化钨粉末，或者碳化钛粉末，或者碳化钨粉末和碳化钛粉末按照等质量比进行混合的混合物，粒度为100—250目。

粘结剂为液态高分子，或者高分子的溶液，以一定粘度在常温常压下存在，为整个体系提供成膜性并配合对上述粉末物料进行分散，选用聚乙烯醇(PVA)、聚氧化乙烯(PEO)、聚乙二醇(PEG)、酚醛胶、环氧树脂/固化剂。

聚乙二醇选用液态聚乙二醇(例如PEG200—600)，液态聚乙二醇直接与粉末物料进行混合，或者将液态聚乙二醇溶于水，形成聚乙二醇的水溶液，其中液态聚乙二醇的质量百分数(比)为30—80％，再与粉末物料进行混合均匀。

聚乙二醇选用呈现为固态的聚二乙醇(例如PEG700、800、1000—8000)溶于水，形成聚乙二醇的水溶液，其中聚乙二醇的质量百分数为30—80％，再与粉末物料进行混合均匀。

聚氧化乙烯的数均分子量为10⁵—10⁶，溶于水，形成聚氧化乙烯的水溶液，其中聚氧化乙烯的质量百分数为20—60％，再与粉末物料进行混合均匀。

聚乙烯醇选用低粘度(数均分子量16000—20000)、中粘度(数均分子量110000—130000)或者高粘度(数均分子量180000—200000)的聚乙烯醇溶于水，形成聚乙烯醇的水溶液，其中聚乙烯醇的质量百分数为10—50％，再与粉末物料进行混合均匀。

酚醛胶选用酚醛—丁腈、酚醛—缩醛、酚醛—环氧或者酚醛—尼龙，与水中进行分散，然后与粉末物料进行混合均匀；酚醛胶和水的质量比为(1—5)：10。

环氧树脂/固化剂即将环氧树脂和固化剂混合并均匀分散在一起的液相体系，其中环氧树脂为双酚A型环氧树脂E—44，平均环氧值0.44，固化剂为低分子量的聚酰胺固化剂651，胺值为380—420；环氧树脂和固化剂的质量比为(4—6)：(1—2)。

在进行制备时，首先将镍基合金粉末和硬质合金粉末进行混合均匀，可选用球磨机进行混粉，然后将混合均匀的粉料加入到粘结剂中分散均匀，可选用超声分散进行，之后将粉料和粘结剂分散均匀的体系进行涂覆在夹具中，待其在室温常压下进行成型固化，即可得到本发明的布状镍基钎焊材料。在制备过程中，利用外界施加压力调整布状钎焊材料的厚度，优选在0.5-3mm之间。在制备过程中，选择不同形状夹具进行成型固化，可得到不同形状的布状材料。

本发明的布状钎焊材料整体上即将镍基合金粉末和硬质合金粉末均匀分散在高分子成型固化的膜体系中且形成良好性能的相界面，可进行弯曲、切割、裁剪，根据钎涂工件的要求切割成任意形状，避免了镍基钎焊粉末无法成型的缺点，使钎涂工艺使用范围扩大。

使用本发明的布状钎焊材料在Q235钢的表面进行钎焊，以得到表面硬化层(即本发明的布状钎焊材料在Q235钢表面硬化中的应用)，钎焊的工艺参数如下：

钎焊温度为1000—1200摄氏度。

在真空条件下进行钎焊，采用升高真空度(不通入惰性气体)的方法，以避免空气中氧、氮、氢以及惰性气体的影响，真空度为0.01Pa的数量级以上(即真空度最低的数量级为10^-2Pa)，选择0.005—0.02Pa。

自室温20—25摄氏度进行升温至钎焊温度，升温速度为每分钟5—10摄氏度，在钎焊温度上进行保温，保温时间至少30min，然后随炉自然冷却至室温，保温时间优选30—60min。

利用本发明技术方案得到的钎涂层硬度(即表面硬化层)在50HRC-70HRC之间，且具有较好的防腐性能。

附图说明

图1是本发明的布状镍基钎焊材料的实物照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

镍基合金粉末的元素质量百分数

碳含量：0.2％

硅含量：3.5％

硼含量：2.2％

铬含量：7.5％

铁含量：3％

镍含量：剩余所有

镍基合金粉末的含氧量为300ppm，粒度为200目，重量350g。

硬质合金粉末为250目的WC(碳化钨)粉末50g，200目的TiC(碳化钛)粉末50g。

选择50g聚乙二醇PEG—200作为粘结剂。

首先使用球磨机将镍基合金粉末和硬质合金粉末进行混合均匀，然后将混合均匀的粉料加入到粘结剂中使用超声分散进行分散均匀，之后将粉料和粘结剂分散均匀的体系进行涂覆在两层硅油纸之间进行固定，施加压力以使厚度为2mm，于常压室温下进行成型固化。

将Q235钢进行表面打磨清理和丙酮清洗之后，在Q235钢表面设置布状钎焊材料，选择使用压敏胶进行两者粘附。进行真空钎焊，控制真空度在整个钎焊过程中不小于6.7×10^-3Pa，将设置有布状钎焊材料的Q235钢随炉加热至1100摄氏度并保温30min，自室温20—25摄氏度进行升温，升温速度为每分钟5—10摄氏度，在保温之后随炉冷却至室温20—25摄氏度。

使用hr—150a洛氏硬度计进行硬度测试，硬度达到55—60HRC。采用中性盐雾试验，盐雾试验根据GB6458-86的试验条件进行盐雾试验，设备：上海金璃盐雾防腐蚀试验箱；试验时间为一周(24小时×7)；盐雾试验结论：钎涂层表面四角部分出现轻微变黄，腐蚀程度较轻，其余部分完好。由于母材基体为低碳钢，耐蚀性差，所以出现较严重的腐蚀。

实施例2

镍基合金粉末的元素质量百分数

碳含量：0.85％

硅含量：4.5％

硼含量：3.4％

铬含量：16％

铁含量：8％

镍含量：剩余所有

镍基合金粉末的含氧量为200ppm，粒度为250目，重量300g。

硬质合金粉末为250目的WC(碳化钨)粉末150g。

双酚A型环氧树脂E—44，平均环氧值0.44，40g；低分子量的聚酰胺固化剂651，胺值为380—420，10g。

首先使用球磨机将镍基合金粉末和硬质合金粉末进行混合均匀，然后将混合均匀的粉料加入到粘结剂中使用超声分散进行分散均匀，之后将粉料和粘结剂分散均匀的体系进行涂覆在两层硅油纸之间进行固定，施加压力以使厚度为1mm，于常压室温下进行成型固化。

将Q235钢进行表面打磨清理和丙酮清洗之后，在Q235钢表面设置布状钎焊材料，选择使用压敏胶进行两者粘附。进行真空钎焊，控制真空度在整个钎焊过程中不小于7×10^-3Pa，将设置有布状钎焊材料的Q235钢随炉加热至1200摄氏度并保温30min，自室温20—25摄氏度进行升温，升温速度为每分钟5—10摄氏度，在保温之后随炉冷却至室温20—25摄氏度。

使用hr—150a洛氏硬度计进行硬度测试，硬度达到60—72HRC。采用中性盐雾试验，盐雾试验根据GB6458-86的试验条件进行盐雾试验，设备：上海金璃盐雾防腐蚀试验箱；试验时间为一周(24小时×7)；盐雾试验结论：钎涂层表面四角部分出现轻微变黄，腐蚀程度较轻，其余部分完好。由于母材基体为低碳钢，耐蚀性差，所以出现较严重的腐蚀。

依照发明内容公开材料组份、制备工艺进行调整均可制备布状钎焊材料，且表现出基本一致的性能，在Q235钢表面形成硬化层，硬度平均可到55HRC以上，且表现出良好的抗腐蚀性能。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims

1.布状镍基钎焊材料，其特征在于，由镍基合金粉末、硬质合金粉末和粘结剂组成，且宏观表现为布状，镍基合金粉末和硬质合金粉末的质量之和与粘结剂的质量比为(6—10)：1，优选(8—10)：1；在镍基合金粉末和硬质合金粉末的总和中，硬质合金粉末的质量百分数为10—40wt％，其中：

镍基合金粉末的合金元素成份(即质量百分比，wt％)如下：碳为0.2-0.9％；硅为2-4.7％；硼为1.3-3.5％；铬为10-25％；铁为1-15％；镍为剩余；镍基合金粉末的含氧量不大于300ppm；

硬质合金粉末为碳化钨粉末，或者碳化钛粉末，或者碳化钨粉末和碳化钛粉末按照等质量比进行混合的混合物；

粘结剂为聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乙二醇、酚醛胶或者环氧树脂/固化剂。

2.根据权利要求1所述的布状镍基钎焊材料，其特征在于，镍基合金粉末的合金元素成份(即质量百分比，wt％)优选如下：碳为0.4-08％；硅为2.5-4％；硼为1.5-3％；铬为15-20％；铁为5-10％；镍为剩余。

3.根据权利要求1所述的布状镍基钎焊材料，其特征在于，镍基合金粉末的含氧量为100—200ppm；粒度为100—250目。

4.根据权利要求1所述的布状镍基钎焊材料，其特征在于，硬质合金粉末粒度为100—250目。

5.布状镍基钎焊材料的制备方法，其特征在于，首先将镍基合金粉末和硬质合金粉末进行混合均匀，然后将混合均匀的粉料加入到粘结剂中分散均匀，之后将粉料和粘结剂分散均匀的体系进行涂覆在夹具中，待其在室温常压下进行成型固化，即可得到本发明的布状镍基钎焊材料。

6.根据权利要求5所述的布状镍基钎焊材料的制备方法，其特征在于，使用球磨机进行镍基合金粉末和硬质合金粉末的混粉。

7.根据权利要求5所述的布状镍基钎焊材料的制备方法，其特征在于，将混合均匀的粉料加入到粘结剂中使用超声分散进行分散均匀。

8.根据权利要求5所述的布状镍基钎焊材料的制备方法，其特征在于，利用外界施加压力调整布状钎焊材料的厚度，优选在0.5-3mm之间。

9.如权利要求1—4之一所述的布状镍基钎焊材料在Q235钢表面硬化中的应用，其特征在于，钎焊温度为1000—1200摄氏度；在真空条件下进行钎焊，采用升高真空度不通入惰性气体的方法，以避免空气中氧、氮、氢以及惰性气体的影响，真空度为0.01Pa的数量级以上；自室温20—25摄氏度进行升温至钎焊温度，升温速度为每分钟5—10摄氏度，在钎焊温度上进行保温，保温时间至少30min，然后随炉自然冷却至室温20—25摄氏度。

10.根据权利要求9所述的布状镍基钎焊材料在Q235钢表面硬化中的应用，其特征在于，真空度为0.005—0.02Pa，保温时间优选30—60min。