CN108080812B - 一种用于Cu-Sn-Ti钎料粉体的成膏体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及焊接技术领域，旨在提供一种用于Cu‑Sn‑Ti钎料粉体的成膏体的制备方法。包括：将聚(2‑乙基‑2‑唑啉)、聚碳酸丙烯酯以及甘油混合后，得到混合物一；将可溶性淀粉、季戊四醇加入去离子水中，升温至100℃并持续搅拌至完全均匀，得到混合物二；将混合物一加入混合物二中，搅拌后研磨至完全均匀，得到混合物三；将水性聚氨酯乳液加入混合物三中，搅拌后研磨至完全均匀，得到成膏体。本发明与Cu‑Sn‑Ti钎料粉体混合制成膏状钎料后可用于cBN固结的真空钎焊，解决了外加硬质合金粒子的分散问题，进一步提高了钎料层的综合性能。本发明的成膏体在真空钎焊过程中形成的碳残留是适量的，不会出现过量的碳残留造成大量的缺陷从而严重降低真空钎焊后组件性能的问题。

Description

一种用于Cu-Sn-Ti钎料粉体的成膏体的制备方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种用于Cu-Sn-Ti钎料粉体的成膏体的制备方法。
背景技术
立方氮化硼(cBN)具有优异的机械性能和化学稳定性，不容易和铁族元素产生化学反应，因此其制品非常适合加工铁基合金、镍基合金以及钛合金等高硬度、韧性好的金属材料。此外，由于cBN磨料粒子的尺寸较小，因此需要经过固结才能使用。目前广泛采用的固结方法是通过钎料对cBN粒子进行钎焊，从而实现强度较高的连接。在用于cBN钎焊的钎料体系中，Cu-Sn-Ti体系钎料相比于Ag-Cu体系钎料具有更高的强度与更好的耐腐蚀性能；而相比与镍基钎料，则具有相对较低的熔点，因此具有节能的优势以及对设备要求较低。
在实际的使用过程中，不仅仅是cBN本身需要承受磨损与腐蚀，将其固结的钎料组分也同样收到磨损与腐蚀的作用，因此，如何进一步提高钎料组分的耐磨损及耐腐蚀性能则成为进一步提高cBN固结工件使用性能的关键。为了进一步提高Cu-Sn-Ti体系钎料的性能，通常采用向钎料中添加硬质合金粒子的方法，但是往往很难达到理想的在钎料中均匀分散的效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种用于Cu-Sn-Ti钎料粉体的成膏体的制备方法。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种用于Cu-Sn-Ti钎料粉体的成膏体的制备方法，包括如下步骤：
(1)按重量百分比称量各组分：聚(2-乙基-2-唑啉)15％-25％；聚碳酸丙烯酯0.5％-5％；可溶性淀粉5.5％-8.5％；水性聚氨酯乳液30％-50％；季戊四醇0.25％-1％；甘油5％-9％；去离子水10％-40％；
(2)将聚(2-乙基-2-唑啉)、聚碳酸丙烯酯以及甘油加入混合机中，混合2小时后停止，冷却至室温，得到混合物一；
(3)将可溶性淀粉、季戊四醇加入去离子水中，边搅拌边升温至100℃，持续搅拌至完全均匀，得到混合物二；
(4)将混合物一加入混合物二中，手动搅拌30-60秒后，用三辊研磨机研磨10-20次至完全均匀，得到混合物三；
(5)将水性聚氨酯乳液加入混合物三中，手动搅拌30-60秒后，用三辊研磨机研磨3-6次至完全均匀，得到用于Cu-Sn-Ti钎料粉体的成膏体。
本发明中，所述步骤(2)中混合机的转速是300-800转/分钟。
本发明中，所述聚(2-乙基-2-唑啉)的质均分子量为200000。
本发明中，所述聚碳酸丙烯酯的质均分子量为500000。
本发明中，所述水性聚氨酯乳液是科思创的Dispercoll U54型水性聚氨酯乳液，固含量为50％。
本发明成膏体的使用方法：
将制备得到的成膏体按15:85的质量比例与Cu-Sn-Ti钎料粉体进行混合，得到膏状钎料。膏状钎料用于cBN粒子的钎焊，其使用量按cBN粒子钎焊的常规操作要求即可。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的成膏体与Cu-Sn-Ti钎料粉体混合制成膏状钎料后，可用于cBN固结的真空钎焊。由于在进行真空钎焊之前成膏体已经与Cu-Sn-Ti体系钎料粉体均匀混合成膏状钎料体系，因此在真空钎焊中形成的少量碳残留可与钎料体系中的Ti组分反应，形成TiC粒子均匀弥散于真空钎焊后的钎料层中。从而解决了外加硬质合金粒子的分散问题，进一步提高了钎料层的综合性能。
2、本发明通过原料的筛选，同时通过大量实验确定了各原料间的配比的优化，实现了残炭量的有效控制。本发明提供的成膏体在真空钎焊过程中形成的碳残留是适量的，不会出现过量的碳残留造成大量的缺陷从而严重降低真空钎焊后组件性能的问题。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1：
用于Cu-Sn-Ti钎料粉体的成膏体，由以下重量百分比含量的成分组成：
聚(2-乙基-2-唑啉)：15％
聚碳酸丙烯酯：5％
可溶性淀粉：8.5％
水性聚氨酯乳液：30％
季戊四醇：1％
甘油：9％
去离子水：31.5％。
所述聚(2-乙基-2-唑啉)的质均分子量为200000，聚碳酸丙烯酯的质均分子量为500000；水性聚氨酯乳液为科思创的Dispercoll U54型水性聚氨酯乳液，固含量为50％。
该成膏体的制备方法，包括如下步骤：
1、按所述重量百分比称量各组分；
2、将聚(2-乙基-2-唑啉)、聚碳酸丙烯酯以及甘油加入高速混合机中(300转/分钟)，混合2小时后，停止混合，冷却至室温后，将混合物取出，得到混合物一；
3、将可溶性淀粉、季戊四醇加入去离子水中，边搅拌边升温至100℃，持续搅拌至完全均匀，得到混合物二；
4、将混合物一加入混合物二中，手动搅拌30秒后，用三辊研磨机研磨10次至完全均匀，得到混合物三；
5、将水性聚氨酯乳液加入混合物三中，手动搅拌30秒后，用三辊研磨机研磨3次至完全均匀，得到Cu-Sn-Ti钎料粉体的成膏体。
实施例2:
用于Cu-Sn-Ti钎料粉体的成膏体，由以下重量百分比含量的成分组成：
聚(2-乙基-2-唑啉)：25％
聚碳酸丙烯酯：0.5％
可溶性淀粉：5.5％
水性聚氨酯乳液：50％
季戊四醇：0.25％
甘油：5％
去离子水：13.75％。
所述聚(2-乙基-2-唑啉)的质均分子量为200000，聚碳酸丙烯酯的质均分子量为500000；水性聚氨酯乳液为科思创的Dispercoll U54型水性聚氨酯乳液，固含量为50％。
该成膏体的制备方法，包括如下步骤：
1、按所述重量百分比称量各组分；
2、将聚(2-乙基-2-唑啉)、聚碳酸丙烯酯以及甘油加入高速混合机中(800转/分钟)，混合2小时后，停止混合，冷却至室温后，将混合物取出，得到混合物一；
3、将可溶性淀粉、季戊四醇加入去离子水中，边搅拌边升温至100℃，持续搅拌至完全均匀，得到混合物二；
4、将混合物一加入混合物二中，手动搅拌1分钟后，用三辊研磨机研磨20次至完全均匀，得到混合物三；
5、将水性聚氨酯乳液加入混合物三中，手动搅拌1分钟后，用三辊研磨机研磨6次至完全均匀，得到Cu-Sn-Ti钎料粉体的成膏体。
实施例3:
用于Cu-Sn-Ti钎料粉体的成膏体，由以下重量百分比含量的成分组成：
聚(2-乙基-2-唑啉)：20％
聚碳酸丙烯酯：3％
可溶性淀粉：7％
水性聚氨酯乳液：40％
季戊四醇：0.5％
甘油：7％
去离子水：22.5％。
所述聚(2-乙基-2-唑啉)的质均分子量为200000，聚碳酸丙烯酯的质均分子量为500000；性聚氨酯乳液为科思创的Dispercoll U54型水性聚氨酯乳液，固含量为50％。
该成膏体的制备方法，包括如下步骤：
2、按所述重量百分比称量各组分；
2、将聚(2-乙基-2-唑啉)、聚碳酸丙烯酯以及甘油加入高速混合机中(600转/分钟)，混合2小时后，停止混合，冷却至室温后，将混合物取出，得到混合物一；
3、将可溶性淀粉、季戊四醇加入去离子水中，边搅拌边升温至100℃，持续搅拌至完全均匀，得到混合物二；
4、将混合物一加入混合物二中，手动搅拌45秒后，用三辊研磨机研磨15次至完全均匀，得到混合物三；
5、将水性聚氨酯乳液加入混合物三中，手动搅拌45秒后，用三辊研磨机研磨5次至完全均匀，得到Cu-Sn-Ti钎料粉体的成膏体。
实施例4
用于Cu-Sn-Ti钎料粉体的成膏体，由以下重量百分比含量的成分组成：
聚(2-乙基-2-唑啉)：22.5％
聚碳酸丙烯酯：3％
可溶性淀粉：7％
水性聚氨酯乳液：50％
季戊四醇：0.5％
甘油：7％
去离子水：10％。
所述聚(2-乙基-2-唑啉)的质均分子量为200000，聚碳酸丙烯酯的质均分子量为500000；性聚氨酯乳液为科思创的Dispercoll U54型水性聚氨酯乳液，固含量为50％。
该成膏体的制备方法，包括如下步骤：
3、按所述重量百分比称量各组分；
2、将聚(2-乙基-2-唑啉)、聚碳酸丙烯酯以及甘油加入高速混合机中(600转/分钟)，混合2小时后，停止混合，冷却至室温后，将混合物取出，得到混合物一；
3、将可溶性淀粉、季戊四醇加入去离子水中，边搅拌边升温至100℃，持续搅拌至完全均匀，得到混合物二；
4、将混合物一加入混合物二中，手动搅拌45秒后，用三辊研磨机研磨15次至完全均匀，得到混合物三；
5、将水性聚氨酯乳液加入混合物三中，手动搅拌45秒后，用三辊研磨机研磨5次至完全均匀，得到Cu-Sn-Ti钎料粉体的成膏体。
实施例5
用于Cu-Sn-Ti钎料粉体的成膏体，由以下重量百分比含量的成分组成：
聚(2-乙基-2-唑啉)：15％
聚碳酸丙烯酯：0.5％
可溶性淀粉：5.5％
水性聚氨酯乳液：30％
季戊四醇：1％
甘油：8％
去离子水：40％。
所述聚(2-乙基-2-唑啉)的质均分子量为200000，聚碳酸丙烯酯的质均分子量为500000；水性聚氨酯乳液为科思创的Dispercoll U54型水性聚氨酯乳液，固含量为50％。
该成膏体的制备方法，包括如下步骤：
6、按所述重量百分比称量各组分；
7、将聚(2-乙基-2-唑啉)、聚碳酸丙烯酯以及甘油加入高速混合机中(300转/分钟)，混合2小时后，停止混合，冷却至室温后，将混合物取出，得到混合物一；
8、将可溶性淀粉、季戊四醇加入去离子水中，边搅拌边升温至100℃，持续搅拌至完全均匀，得到混合物二；
9、将混合物一加入混合物二中，手动搅拌30秒后，用三辊研磨机研磨10次至完全均匀，得到混合物三；
将水性聚氨酯乳液加入混合物三中，手动搅拌30秒后，用三辊研磨机研磨3次至完全均匀，得到Cu-Sn-Ti钎料粉体的成膏体。
发明效果验证
1、将实施例1制备得到的成膏体按15:85的比例与Cu-25Sn-10Ti钎料粉体进行混合，混合物用于cBN粒子的钎焊，其使用量按cBN粒子钎焊的常规操作要求即可，所得为样品1。
2、以相同的Cu-25Sn-10Ti钎料粉体单独用于cBN粒子钎焊操作，不添加本发明的成膏体，所得为样品2。
3、取两种操作方式获得的cBN粒子钎焊产品，对其进行喷砂测试，喷砂气流稳定在5×105Pa，入射角为90o；以粒径400-600微米的氧化铝粉体为喷砂颗粒，喷嘴与钎焊面的距离保持在110mm，测试表面面积为113mm2，测试样品在喷砂180s后的质量损失，其测试结果如下表所示。
样品 磨损量μg/mm<sup>2</sup>
样品1 103
样品2 200
通过上表可以看出，将本发明制备得到的成膏体加入Cu-Sn-Ti钎料粉体后用于cBN粒子的钎焊操作，能够大幅提升钎料层的耐磨损性能，其技术效果相对不使用成膏体的产品而言是十分显著的。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (1)

1.一种用于Cu-Sn-Ti钎料粉体的成膏体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按重量百分比称量各组分：聚(2-乙基-2-唑啉) 15%-25%；聚碳酸丙烯酯0.5%-5%；可溶性淀粉5.5%-8.5%；水性聚氨酯乳液30%-50%；季戊四醇0.25%-1%；甘油5%-9%；去离子水10%-40%；
（2）将聚(2-乙基-2-唑啉)、聚碳酸丙烯酯以及甘油加入混合机中，混合2小时后停止，冷却至室温，得到混合物一；
（3）将可溶性淀粉、季戊四醇加入去离子水中，边搅拌边升温至100℃，持续搅拌至完全均匀，得到混合物二；
（4）将混合物一加入混合物二中，手动搅拌30-60秒后，用三辊研磨机研磨10-20次至完全均匀，得到混合物三；
（5）将水性聚氨酯乳液加入混合物三中，手动搅拌30-60秒后，用三辊研磨机研磨3-6次至完全均匀，得到用于Cu-Sn-Ti钎料粉体的成膏体；
所述步骤（2）中混合机的转速是300 -800转/分钟；
所述聚(2-乙基-2-唑啉)的质均分子量为200000；
所述聚碳酸丙烯酯的质均分子量为500000；
所述水性聚氨酯乳液是科思创的 Dispercoll U54型水性聚氨酯乳液，固含量为50%；
所述成膏体与Cu-Sn-Ti钎料粉体混合制成膏状钎料后，用于立方氮化硼粒子固结的真空钎焊；在真空钎焊中形成的少量碳残留能与钎料体系中的Ti组分反应，形成TiC粒子均匀弥散于真空钎焊后的钎料层中。
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