CN108296669B - 一种带螺旋骨架抗冲击的复合钎料饼及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带螺旋骨架抗冲击的复合钎料饼及其制备方法，复合钎料饼为平面双螺旋形，由窄带钎料与窄带材料连续间隔缠绕组成，窄带钎料的原料为银铜锌，所述窄带材料原料为铜镍合金。本发明将窄带钎料和窄带合金连续间隔缠绕在一起，并相互卡接成盘状后，放压板并放到退火炉中进行去应力退火后清洗烘干，制备出最终的成品复合钎料饼，本发明具有较好的刚性和结构稳定性，便于包装和运输。本发明复合钎料饼钎焊时银铜锌钎料与部分CuNi合金反应生成了CuNiAgZn合金，提高了钎缝强度且焊后留下螺旋状铜镍合金隔离带，能大幅缓释应力，大大提高了硬质合金工具的抗冲击性能。本发明与传统的片状钎料相比较，比表面积增大，在同等的热输入条件下更易于达到熔化温度。

Description

一种带螺旋骨架抗冲击的复合钎料饼及其制备方法
技术领域
本发明属于钎焊材料领域，具体的说是一种带螺旋骨架抗冲击的复合钎料饼及其制备方法。
背景技术
硬质合金是由高硬度的难熔金属化合物（如WC、TiC、TaC、NbC、VC和TiN等）与粘结金属（Co、Ni、Mo、Fe等）通过粉末冶金工艺制成的组合材料。硬质合金具有极高的硬度、耐磨损和热硬性，是现代工业中十分重要的耐磨材料。硬质合金广泛应用于金属切削工具，矿山采掘、采煤截齿、矿山凿岩、石油钻井、地质勘探工具，拉深、挤压、冲压模具等行业。由于硬质合金价格相对昂贵，它的塑性和冲击韧性较差，因此大部分硬质合金的应用形式是采用小块硬质合金作为镶嵌件，依附于结构钢、工具钢等高强钢制造的零件的工作部位；而由高强钢来承受冲击载荷，并节省价格高的硬质合金，降低制造成本。常用的将硬质合金与钢连接成一体的方法有：钎焊法、机械夹固法、应力镶套法和粘接法。钎焊法是硬质合金与钢牢固连接应用最广泛的方法，也是最成功的方法之一；
三明治复合钎料是近年来兴起的针对高档精密硬质合金工具或者大面积硬质合金钎焊的一种新型消应力钎料。这种钎料的芯部由纯铜、铜锰合金或铜锌合金组成、外部包覆银基钎料，钎焊过程中，芯部材料不熔化，只是外部的银基钎料熔化；不熔化的高塑性铜合金增加了钎缝厚度，钎焊过程中通过高塑性的铜合金的弹塑性变形可以有效缓解钎焊接头内部由于硬质合金与钢基体热膨胀系数不匹配产生的热应力，降低残余应力提高钎缝的结合强度，从而使得硬质合金的裂纹倾向大大降低；
现有技术中公开了一种常用的三明治复合钎料及其制备方法，所述复合钎料为三层结构，两外层为银钎料，芯部为铜合金；所述复合钎料制备方法为三层叠轧复合，并进行复合面间的扩散焊接热处理，最后精轧到0.3mm的成品；但该方法存在成型工艺复杂，需多道工艺，再进行扩散焊接热处理，受扩散焊热处理设备局限大，生产效率低，成本相对较高。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种带螺旋骨架抗冲击的复合钎料饼及其制备方法，成型工艺简单、易于批量化生产且成本低廉。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种带螺旋骨架抗冲击的复合钎料饼，所述复合钎料饼为平面双螺旋形，由窄带钎料与窄带材料间隔缠绕组成，所述窄带钎料的原料为银、铜、锌，所述窄带材料的原料为铜镍合金，所述窄带钎料中各原料的重量份数分别为：Ag为44~46份，Zn为24~26份，Cu为28~32份。
优选的，所述窄带钎料的原料中还添加有稀土，所述稀土的重量份数为0.01~0.025份。
优选的，所述窄带钎料与窄带材料的横截面均为梯形。
优选的，所述窄带钎料与窄带材料的横截面均为鼓形。
优选的，所述窄带钎料与窄带材料的横截面均为一端为半圆形凹槽，另一端为鼓形。
优选的，所述窄带钎料与窄带材料之间的间隙≤0.1 mm。
优选的，所述复合钎料饼的厚度为0.1～3 mm。
一种带螺旋骨架抗冲击的复合钎料饼的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、分别制备窄带钎料、窄带材料；
步骤二、将步骤一制备的窄带钎料和窄带材料通过缠绕装置缠绕并相互卡接成盘状，最后切断，形成平面双螺旋形的半成品复合钎料饼；
步骤三、将步骤二中制备的半成品复合钎料饼放到平板上，上面放压板，并放到退火炉中，进行去应力退火；
步骤四、从退火炉中取出，并清洗烘干，制备出最终的成品复合钎料饼。
优选的，步骤一中制备窄带钎料、窄带材料包括以下步骤：
（a）、分别称取银、铜、锌和稀土，混合搅拌均匀后得到混合原料，将混合原料进行熔炼，浇铸成混合钎料铸锭，切去冒口然后将混合钎料铸锭车削去除氧化皮，得到车削去除氧化皮的混合钎料铸锭，待用；
（b）、将步骤（a）中车削去除氧化皮的混合钎料铸锭置于马弗炉内预热，预热温度为460~480℃，将预热好的车削去除氧化皮的混合钎料铸锭放入挤压设备的模筒内，挤压并轧制得到轧制好的钎料片，所述挤压设备系统预先升温至470~490℃；
（c）、将步骤（b）中轧制好的钎料片裁剪，并清洗钝化处理后得到钎料窄带；
（d）、按同样方法制备窄带材料。
优选的，步骤二中所述缠绕装置包括线端固定夹具、圆柱形模具、位于圆柱形模具两侧的绕制挡圈，将窄带钎料和窄带材料分别通过绕制挡圈与圆柱形模具之间的间隙，将窄带钎料和窄带材料的端头折弯后分别放入圆柱形模具凸台上设置的轴线缝，使用线端固定夹具分别固定窄带钎料和窄带材料的端头，通过驱动装置使圆柱形模具转动，使窄带钎料和窄带材料间隔缠绕在圆柱形模具上，并相互卡接成盘状。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明将窄带钎料和窄带合金连续间隔缠绕在一起，并相互卡接成盘状，使得本发明制备的复合钎料饼具有较好的刚性和结构稳定性，便于包装和运输；本发明的生产工艺简单，易于批量化生产，与传统的片状钎料相比较，比表面积增大，在同等的热输入条件下更易于达到熔化温度；同时还具有生产效率高、成本低廉、使用方便等优点；
（2）本发明所述带螺旋骨架抗冲击的复合钎料饼用于大面积硬质合金钎焊，钎焊过程中所述原料为AgCuZn的窄带钎料熔化后与部分CuNi合金为原料的窄带材料通过熔合，以及向母材扩散，实现原位冶金反应生成了CuNiAgZn合金，提高了钎缝强度，焊后留下未反应的螺旋状铜镍合金隔离带，能大幅缓释应力，在冲击载荷下，预防硬质合金开裂，大大提高了硬质合金工具的抗冲击性能。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明实施例1的复合钎料饼的横截面示意图；
图3是本发明实施例2的窄带钎料横截面示意图；
图4是本发明实施例3的复合钎料饼的横截面示意图；
附图标记：1、窄带钎料，2、窄带材料。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
实施例1：
一种带螺旋骨架抗冲击的复合钎料饼，所述复合钎料饼为平面双螺旋形，由窄带钎料1与窄带材料2间隔缠绕组成，所述窄带钎料1的原料为银、铜、锌，所述窄带材料2的原料为铜镍合金，所述窄带钎料1中各原料的重量份数分别为：Ag为44份，Zn为24份，Cu为28份，所述窄带钎料1的原料中还添加有稀土，所述稀土的重量份数为0.01份。
一种带螺旋骨架抗冲击的复合钎料饼的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、分别制备窄带钎料1、窄带材料2，制备窄带钎料1、窄带材料2步骤如下：
（a）、分别称取银、铜、锌和稀土，混合搅拌均匀后得到混合原料，将混合原料进行熔炼，钎料在合金的的熔炼过程中加入稀土可减少铸造缺陷、提高挤压的塑形和可加工性能，降低有害元素、节约贵金属的用量，提高材料的焊接性能和表面性能，稀土与多数合金元素相互降低活度，相互增加溶解度，有利于合金化，明显提高抗氧化能力，将熔炼后的混合原料浇铸成50×100 mm的长方体形BAg45Cu30Zn25混合钎料铸锭，切去冒口然后将混合钎料铸锭车削去除氧化皮，得到车削去除氧化皮的混合钎料铸锭，待用；
（b）、将步骤（a）中车削去除氧化皮的混合钎料铸锭置于马弗炉内预热，预热温度为460℃，将预热好的车削去除氧化皮的混合钎料铸锭放入挤压设备的模筒内，挤压成8×100 mm的钎料片，并轧制至2×100 mm，得到轧制好的钎料片，所述挤压设备系统预先升温至470℃；
（c）、将步骤（b）中轧制好的钎料片裁剪为1.5×2 mm的梯形形状，并清洗钝化处理后得到钎料窄带；
（d）、按同样方法以CuNi19合金为原料制备尺寸为1.5×2 mm的梯形形状的窄带材料。
步骤二、将步骤一制备的窄带钎料1和窄带材料2通过缠绕装置缠绕，所述缠绕装置包括线端固定夹具、圆柱形模具、位于圆柱形模具两侧的绕制挡圈，将窄带钎料和窄带材料分别通过绕制挡圈与圆柱形模具之间的间隙，将窄带钎料和窄带材料的端头折弯后分别放入圆柱形模具凸台上设置的轴线缝，使用线端固定夹具分别固定窄带钎料和窄带材料的端头，窄带钎料的一侧面和窄带材料的一侧面形成拼接体，拼接体的横截面为平行四边形，通过驱动装置使圆柱形模具转动，使窄带钎料和窄带材料间隔缠绕在圆柱形模具上，并相互卡接成盘状，最后切断，形成平面双螺旋形的半成品复合钎料饼，所述窄带钎料1与窄带材料2之间的间隙≤0.1 mm；
步骤三、将步骤二中制备的半成品复合钎料饼放到平板上，上面放压板，并放到退火炉中，进行去应力退火；
步骤四、从退火炉中取出，并清洗烘干，制备出最终的成品复合钎料饼，所述复合钎料饼的厚度为0.1 mm。
实施例2：
一种带螺旋骨架抗冲击的复合钎料饼，所述复合钎料饼为平面双螺旋形，由窄带钎料1与窄带材料2间隔缠绕组成，所述窄带钎料1的原料为银、铜、锌，所述窄带材料2的原料为铜镍合金，所述窄带钎料1中各原料的重量份数分别为：Ag为45份，Zn为25份，Cu为30份，所述窄带钎料1的原料中还添加有稀土，所述稀土的重量份数为0.02份。
一种带螺旋骨架抗冲击的复合钎料饼的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、分别制备窄带钎料1、窄带材料2；制备窄带钎料1、窄带材料2的步骤如下：
（a）、分别称取银、铜、锌和稀土，混合搅拌均匀后得到混合原料，将混合原料进行熔炼，浇铸成50×100 mm的长方体形BAg45Cu30Zn25混合钎料铸锭，切去冒口然后将混合钎料铸锭车削去除氧化皮，得到车削去除氧化皮的混合钎料铸锭，待用；
（b）、将步骤（a）中车削去除氧化皮的混合钎料铸锭置于马弗炉内预热，预热温度为470℃，将预热好的车削去除氧化皮的混合钎料铸锭放入挤压设备的模筒内，挤压成8×100 mm的钎料片，并轧制至2×100 mm，得到轧制好的钎料片，所述挤压设备系统预先升温至480℃；
（c）、将步骤（b）中轧制好的钎料片裁剪为1.5×2 mm的鼓形形状，并清洗钝化处理后得到钎料窄带；
（d）、按同样方法制备鼓形的窄带材料。
步骤二、将步骤一制备的窄带钎料1和窄带材料2通过缠绕装置缠绕，所述缠绕装置包括线端固定夹具、圆柱形模具、位于圆柱形模具两侧的绕制挡圈，将窄带钎料1和窄带材料2分别通过绕制挡圈与圆柱形模具之间的间隙，将窄带钎料和窄带材料的端头折弯后分别放入圆柱形模具凸台上设置的轴线缝，使用线端固定夹具分别固定窄带钎料和窄带材料的端头，通过驱动装置使圆柱形模具转动，使窄带钎料1和窄带材料2间隔缠绕在圆柱形模具上，并相互卡接成盘状，最后切断，形成平面双螺旋形的半成品复合钎料饼，所述窄带钎料1与窄带材料2之间的间隙≤0.1 mm；
步骤三、将步骤二中制备的半成品复合钎料饼放到平板上，上面放压板，并放到退火炉中，进行去应力退火；
步骤四、从退火炉中取出，并清洗烘干，制备出最终的成品复合钎料饼，所述复合钎料饼的厚度为2 mm。
实施例3：
一种带螺旋骨架抗冲击的复合钎料饼，所述复合钎料饼的厚度为3 mm，所述复合钎料饼为平面双螺旋形，由窄带钎料1与窄带材料2间隔缠绕组成，所述窄带钎料1与窄带材料2之间的间隙≤0.1 mm，所述窄带钎料1的原料为银、铜、锌，所述窄带材料2的原料为铜镍合金，所述窄带钎料1中各原料的重量份数分别为：Ag为46份，Zn为26份，Cu为32份，所述窄带钎料1的原料中还添加有稀土，所述稀土的重量份数为0.025份。
一种带螺旋骨架抗冲击的复合钎料饼的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、分别制备窄带钎料1、窄带材料2，制备窄带钎料1、窄带材料2的步骤如下：
（a）、分别称取银、铜、锌和稀土，混合搅拌均匀后得到混合原料，将混合原料进行熔炼，浇铸成50×100 mm的长方体形BAg45Cu30Zn25钎料铸锭，切去冒口然后将混合钎料铸锭车削去除氧化皮，得到车削去除氧化皮的混合钎料铸锭，待用；
（b）、将步骤（a）中车削去除氧化皮的混合钎料铸锭置于马弗炉内预热，预热温度为480℃，将预热好的车削去除氧化皮的混合钎料铸锭放入挤压设备的模筒内，挤压成8×100 mm的钎料片，并轧制至2×100 mm，得到轧制好的钎料片，所述挤压设备系统预先升温至490℃；
（c）、将步骤（b）中轧制好的钎料片裁剪为1.5×2 mm的一端为半圆形凹槽，另一端为鼓形的形状，并清洗钝化处理后得到钎料窄带；
（d）、按同样方法制备同样形状的窄带材料；
步骤二、将步骤一制备的窄带钎料1和窄带材料2通过缠绕装置缠绕，所述缠绕装置包括线端固定夹具、圆柱形模具、位于圆柱形模具两侧的绕制挡圈，将窄带钎料1和窄带材料2分别通过绕制挡圈与圆柱形模具之间的间隙，将窄带钎料和窄带材料的端头折弯后分别放入圆柱形模具凸台上设置的轴线缝，使用线端固定夹具分别固定窄带钎料和窄带材料的端头，通过驱动装置使圆柱形模具转动，缠绕时窄带材料具有鼓形的一侧插入窄带钎料具有半圆形凹槽的一侧形成拼接体，使窄带钎料1和窄带材料2间隔缠绕在圆柱形模具上，并相互卡接成盘状，最后切断，形成平面双螺旋形的半成品复合钎料饼；
步骤三、将步骤二中制备的半成品复合钎料饼放到平板上，上面放压板，并放到退火炉中，进行去应力退火；
步骤四、从退火炉中取出，并清洗烘干，制备出最终的成品复合钎料饼。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种带螺旋骨架抗冲击的复合钎料饼，其特征在于：所述复合钎料饼为平面双螺旋形，由窄带钎料（1）与窄带材料（2）间隔缠绕组成，所述窄带钎料（1）的原料为银、铜、锌，所述窄带材料（2）的原料为铜镍合金，所述窄带钎料（1）中各原料的重量份数分别为：Ag为44~46份，Zn为24~26份，Cu为28~32份，所述窄带钎料（1）的原料中还添加有稀土，所述稀土的重量份数为0.01~0.025份。
2.根据权利要求1所述的一种带螺旋骨架抗冲击的复合钎料饼，其特征在于：所述窄带钎料（1）与窄带材料（2）的横截面均为梯形。
3.根据权利要求1所述的一种带螺旋骨架抗冲击的复合钎料饼，其特征在于：所述窄带钎料（1）与窄带材料（2）的横截面均为鼓形。
4.根据权利要求1所述的一种带螺旋骨架抗冲击的复合钎料饼，其特征在于：所述窄带钎料（1）与窄带材料（2）的横截面均为一端为半圆形凹槽，另一端为鼓形。
5.根据权利要求1所述的一种带螺旋骨架抗冲击的复合钎料饼，其特征在于：所述窄带钎料（1）与窄带材料（2）之间的间隙≤0.1 mm。
6.根据权利要求1所述的一种带螺旋骨架抗冲击的复合钎料饼，其特征在于：所述复合钎料饼的厚度为0.1～3 mm。
7.根据权利要求1所述的一种带螺旋骨架抗冲击的复合钎料饼的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、分别制备窄带钎料（1）、窄带材料（2）；
步骤二、将步骤一制备的窄带钎料（1）和窄带材料（2）通过缠绕装置缠绕并相互卡接成盘状，最后切断，形成平面双螺旋形的半成品复合钎料饼；
步骤三、将步骤二中制备的半成品复合钎料饼放到平板上，上面放压板，并放到退火炉中，进行去应力退火；
步骤四、从退火炉中取出，并清洗烘干，制备出最终的成品复合钎料饼。
8.根据权利要求7所述的一种带螺旋骨架抗冲击的复合钎料饼的制备方法，其特征在于：步骤一中制备窄带钎料（1）、窄带材料（2）包括以下步骤：
（a）、分别称取银、铜、锌和稀土，混合搅拌均匀后得到混合原料，将混合原料进行熔炼，浇铸成混合钎料铸锭，切去冒口然后将混合钎料铸锭车削去除氧化皮，得到车削去除氧化皮的混合钎料铸锭，待用；
（b）、将步骤（a）中车削去除氧化皮的混合钎料铸锭置于马弗炉内预热，预热温度为460~480℃，将预热好的车削去除氧化皮的混合钎料铸锭放入挤压设备的模筒内，挤压并轧制得到轧制好的钎料片，所述挤压设备系统预先升温至470~490℃；
（c）、将步骤（b）中轧制好的钎料片裁剪，并清洗钝化处理后得到窄带钎料；
（d）、同样方法制备窄带材料。
9.根据权利要求7所述的一种带螺旋骨架抗冲击的复合钎料饼的制备方法，其特征在于：步骤二中所述缠绕装置包括线端固定夹具、圆柱形模具、位于圆柱形模具两侧的绕制挡圈，将窄带钎料（1）和窄带材料（2）分别通过绕制挡圈与圆柱形模具之间的间隙，将窄带钎料和窄带材料的端头折弯后分别放入圆柱形模具凸台上设置的轴线缝，使用线端固定夹具分别固定窄带钎料和窄带材料的端头，通过驱动装置使圆柱形模具转动，使窄带钎料（1）和窄带材料（2）间隔缠绕在圆柱形模具上，并相互卡接成盘状。
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