CN110202294A

CN110202294A - 一种用于低温钎焊金刚石的Sn-Cu-V合金焊料

Info

Publication number: CN110202294A
Application number: CN201910386091.XA
Authority: CN
Inventors: 廖信江; 穆德魁; 黄辉; 贺琦琦; 张玉斌
Original assignee: Huaqiao University
Current assignee: Huaqiao University
Priority date: 2019-05-09
Filing date: 2019-05-09
Publication date: 2019-09-06

Abstract

本发明公开了一种用于低温钎焊金刚石的Sn‑Cu‑V合金焊料，涉及钎焊材料技术领域，能够实现金刚石的低温焊接，降低焊接过程中金刚石的热损伤，减少与金刚石连接的热敏基体力学性能的损失。本发明公开的钎料合金以重量百分比记的元素成分包括：Cu0.71～50％，V0.25％～7％,Ag0～20％,Ga0～0.5％,Ce0～0.5％,余量为Sn连同不可避免的杂质。

Description

一种用于低温钎焊金刚石的Sn-Cu-V合金焊料

技术领域

本发明涉及钎焊材料技术领域，特别涉及一种用于低温钎焊金刚石的 Sn-Cu-V合金焊料。

背景技术

金刚石强度高，硬度大，是自然界中发现的硬度最大的物质。因为金刚石卓越的物理性能，这使得金刚石磨粒工具在石材、陶瓷、硬质合金等硬脆材料的磨削加工中发挥着重要的作用。目前，以金属为结合剂的金刚石工具制备，金刚石与工具基体的连接主要通过电镀，烧结以及钎焊等手段来实现。相比单层电镀工艺，钎焊法制备的磨粒工具金刚石磨粒与钎料基体界面存在化学键合，具有更高的连接强度、更抗脱落；相比传统的多层烧结工艺，钎焊法可以将金刚石磨粒的出露度提高70％～80％，大大提高工具的容屑能力和切削效率。

钎焊金刚石的制备工艺主要存在的问题是金刚石磨粒在钎焊完之后会出现崩碎的现象，并且金刚石磨粒工具在使用过程中，磨粒容易出现折断现象，磨粒非正常磨损严重。对于金刚石磨粒工具的热敏基体的力学性能和尺寸精度也有会有损伤，比如线锯，钎焊完之后与原始钢丝相比，机械强度损失严重。这就使得钎焊法难以制备细粒度、高精度金刚石工具。目前的钎焊制备工艺会对金刚石磨粒以及工具基体产生较大的热损伤，局限了钎焊法制备金刚石磨粒工具的适用范围。用钎焊法制备的固结金刚石磨粒工具，目前处于叫好不叫座的尴尬局面，主要应用于材料的锯切、粗磨等粗加工场合，而细粒度的钎焊金刚石工具的应用则比较少见。精密加工中经常应用到的细粒度、非钢基体固结金刚石工具比如金刚石修盘器、磨盘、线锯等，仍主要依靠电镀工艺。

金刚石是一种面心立方晶体结构，这种稳定的结构一方面使金刚石有很高的硬度，另一方面又使得金刚石有着极强的化学惰性，这就使得焊接金刚石的温度普遍比较高。现有的不同焊料体系的金刚石钎焊研究中，Ni-Cr基(钎焊温度：950℃～1160℃)、Cu-Sn基(钎焊温度：880℃～1150℃)、Ag-Cu基(钎焊温度：740℃～970℃)钎料被广泛应用于金刚石的焊接，这些焊料体系的特点是高元、高熔点。焊料高元、高熔点的本质点使得金刚石的焊接温度居高不下。当使用Ni-Cr基、Cu-Sn基、Ag-Cu基钎料焊接金刚石时，金刚石都会出现不同程度的化学侵蚀和热冲击。现有的焊料体系原本是用于陶瓷材料焊接的，高温焊料的不当使用，必然会导致金刚石磨粒的热损伤与石墨化相变。高温钎焊导致金刚石磨粒工具热损伤是限制钎焊金刚石工具性能与应用范围的重要原因。

鉴于以上存在的问题，为了减少钎焊过程对金刚石磨粒及其工具基体的热损伤，本专利发明提供了一种用于低温钎焊金刚石的钎料合金，能够在750℃以下实现金刚石的低温焊接,这将大大减小金刚石焊接过程中的热损伤。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种用于低温钎焊金刚石的Sn-Cu-V 合金焊料，利用Sn熔点低、V活性高的特性，来实现在低温条件下金刚石与合金焊料发生界面反应，从而实现金刚石与合金焊料低温钎焊连接，降低钎焊过程热损伤；同通过添加Cu、Ag形成Sn-Cu(Ag)金属间化合物来有效增加锡基合金的力学强度；通过添加活性元素Ge来增加合金焊料的抗氧化性能。

本发明提供了一种用于低温钎焊金刚石的Sn-Cu-V合金焊料，其克服了背景技术中的不足，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于低温钎焊金刚石的Sn-Cu-V合金焊料，所述合金焊料以重量百分比计的元素成分包括：Cu0.71～50％，V0.25％～7％,Ag0～20％,Ga0～0.5％,Ce0～ 0.5％,余量为Sn连同不可避免的杂质。

在一较佳实施例中：所述合金焊料以重量百分比计的元素成分包括，Cu 0.71％～50％，V的含量为0.5％～3.5％，Ag0～20％,Ga0～0.5％,Ce0～0.5％,余量为Sn连同不可避免的杂质。

在一较佳实施例中：所述合金焊料以重量百分比计的元素成分包括，Cu 0.71％～20％，V的含量为0.5％～6％，Ag0～20％,Ga0～0.5％,Ce0～0.5％,余量为Sn连同不可避免的杂质。

在一较佳实施例中：Ag或Ga或Ce可加可不加。

本发明的有益效果是：根据本发明的用于低温钎焊金刚石的钎料合金，不仅能够在750℃以下实现金刚石的低温焊接，大大减小焊接过程中的热损伤，减少与之连接的热敏基体力学性能的损失，而且可以有效降低钎焊成本，使金刚石钎焊在更多领域得以广泛应用。

具体实施方式

下面对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。

一种用于低温钎焊金刚石的Sn-Cu-V合金焊料的制备方法，分别称取Sn920 克、Cu50克、V30克，在熔炼炉中一起熔炼成液态混合物，然后在惰性气氛环境下喷雾冷却成粉末状合金混合物，即可制得本发明的钎焊合金，Sn、Cu、V的重量百分比含量分别为92％、5％、3％。用该制得的钎料合金在真空管式炉(4.0X 10^-4 Pa)中700℃焊接CVD金刚石，Sn5Cu3V合金在CVD金刚石表面铺展，形成良好连接。

根据上述方法得到了一种用于低温钎焊金刚石的Sn-Cu-V合金焊料，所述合金焊料以重量百分比计的元素成分包括：Cu0.71～50％，V0.25％～7％,Ag0～ 20％,Ga0～0.5％,Ce0～0.5％,余量为Sn连同不可避免的杂质。上述合金焊料利用 Sn熔点低、V活性高的特性，来实现在低温条件下金刚石与合金焊料发生界面反应，从而实现金刚石与合金焊料低温钎焊连接，降低钎焊过程热损伤；同通过添加Cu、Ag形成Sn-Cu(Ag)金属间化合物来有效增加锡基合金的力学强度；通过添加活性元素Ge来增加合金焊料的抗氧化性能。

以上所述，仅为本发明的一种具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权力要求的保护范围为准。

Claims

1.一种用于低温钎焊金刚石的Sn-Cu-V合金焊料，其特征在于，所述合金焊料以重量百分比计的元素成分包括：Cu0.71～50％，V0.25％～7％,Ag0～20％,Ga0～0.5％,Ce0～0.5％,余量为Sn连同不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的用于低温钎焊金刚石的Sn-Cu-V合金焊料，其特征在于，所述合金焊料以重量百分比计的元素成分包括，Cu 0.71％～50％，V的含量为0.5％～3.5％，Ag0～20％,Ga0～0.5％,Ce0～0.5％,余量为Sn连同不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的用于低温钎焊金刚石的Sn-Cu-V合金焊料，其特征在于，所述合金焊料以重量百分比计的元素成分包括，Cu 0.71％～20％，V的含量为0.5％～6％，Ag0～20％,Ga0～0.5％,Ce0～0.5％,余量为Sn连同不可避免的杂质。

4.根据权利要求1或2中的用于低温钎焊金刚石的Sn-Cu-V合金焊料，其特征在于，Ag或Ga或Ce可加可不加。