CN110711973A - 一种镍基无缝多芯钎涂材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种镍基无缝多芯钎涂材料，包括若干间隔设置的药芯和将若干药芯包裹的纯镍金属层，药芯包括以下质量份数的组分：35~49份钎料金属粉、46～60份的硬质相（WC和YG8质量比1：1）和5份钎剂，其制备方法为：分别称取钎料金属粉、硬质相和钎剂放入混粉机中混合均匀后，得到药芯混合物料，烘干，取一端设有2~3个盲孔的纯镍铸锭，将烘干后的药芯加入盲孔中，振动压实直至烘干药芯的压实密度达到7.8‑8.2，经热挤压、辊轧、拉拔形成镍基多芯钎涂材料，本发明以外层纯镍金属皮和内部多芯少量金属粉组成镍基钎料，降低了全部用粉状钎料的氧化，促进了钎料与硬质相和母材的润湿铺展，且本发明钎涂材料还可以制成盘状或轴状，钎涂过程中可以实现自动化生产。

Description

一种镍基无缝多芯钎涂材料

技术领域

本发明涉及钎焊材料技术领域，具体的说是一种镍基无缝多芯钎涂材料。

背景技术

高性能的PDC钻头、工具、模具、耐磨零部件均要求具有高的耐磨性和耐腐蚀性。如果零件由整体的耐磨合金或耐腐蚀材料制造，不但成本较高，而且在整体力学性能方面往往不能满足要求。合理的解决方法是用表面技术在零件表面施加一层耐磨或耐蚀的金属或合金。就耐磨层而言，常用的方法有物理气相沉积法（PVD）、化学气相沉积法（CVD）、热喷涂法、堆焊法及钎涂法。物理气相沉积法和化学气相沉积法只能取得很薄的涂层，且价格较高，使用局限性较大；热喷涂层是一种机械咬合的涂层，涂层与基体的结合力差；表面堆焊的加热温度较高，容易产生热应力和变形，表面成形性差。钎涂法的钎涂层与母材系冶金结合，结合强度比热喷涂的机械结合要高得多；钎涂比堆焊时的加热温度低，热应力和母材性能的变化较小；钎涂层表面光滑，施工精度高，经过少量的加工即可达到要求的精度；

钎涂材料由两部分组成：一部分是通常的钎料合金，它的熔化温度较低，通称低熔点组分；另一部分是熔点高的硬质合金，通称高熔点组分。理论上任何一种钎料均可组成钎涂材料的低熔点组分。但作为耐磨层来说，要求钎料本身具有一定硬度，软的不行。目前，常用的为镍基钎料。镍基钎料硬、脆，加工性差，很难加工成丝或条状钎料。传统的做法是将镍基钎料先制成粉状钎料，然后与硬质合金颗粒、粘结剂、有机物等制备成悬浮的浆料钎涂材料，涂覆或粘在工件表面，为防止母材、浆料钎料的氧化及促进钎料在硬质合金颗粒、母材表面的润湿铺展，钎涂过程中往往需要不断添加钎剂，工作效率低且容易造成钎剂的大量浪费，成本较高。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种镍基无缝多芯钎涂材料，可有效解决浆料钎涂材料氧化严重、钎涂效率低、钎剂大量浪费的难题。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种镍基无缝多芯钎涂材料，所述钎涂材料包括若干个间隔设置的药芯和将若干药芯包裹的纯镍金属层，所述药芯包括以下质量份数的组分：35~49份镍基钎料金属粉、46～60份硬质相颗粒和5份钎剂。

进一步的，所述镍基钎料金属粉的粒度为150目~200目。

进一步的，所述镍基钎料金属粉为镍基钎料中除Ni元素外的其他金属粉。

进一步的，所述硬质相颗粒包括质量比为1：1的WC颗粒和YG8。

进一步的，所述WC颗粒粒度为60目～80目，所述YG8的粒度为100目～120目。

进一步的，所述钎剂包括硼砂和氟化钙的混合物，所述硼砂和氟化钙的质量比为85：15。

一种镍基无缝多芯钎涂材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、按上述质量分别称取镍基钎料金属粉、硬质相颗粒和钎剂放入混粉机中混合均匀后，得到药芯混合物料，备用；

步骤二、将步骤一制得的药芯混合物料在温度为100℃~150℃的条件下烘干1.5~2h，制得烘干药芯，备用；

步骤三、取一纯镍铸锭，在纯镍铸锭的一端端面中心处均匀钻设有若干个盲孔，将步骤二制得的烘干药芯加入盲孔中，振动压实直至烘干药芯的压实密度达到7.8-8.2，得到填充有若干个烘干药芯的纯镍铸锭，备用；

步骤四、填充有若干个烘干药芯的纯镍铸锭经热挤压、辊轧、拉拔形成镍基无缝多芯钎涂材料。

进一步的，所述盲孔的数量为2~3个。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明以外层纯镍金属层和内层的多个药芯组成钎涂材料，既克服了镍基钎料难加工成丝或条的难题，又减轻了全部用粉状镍基钎料的氧化问题，提高了钎涂材料的钎涂效果；

（2）该钎涂材料自带钎剂，钎涂过程可实现钎剂的定量、自动添加，且钎涂过程中可有效地保证钎涂质量；

（3）本发明中WC和YG8按一定比例添加有助于减少涂层裂纹产生，形成致密涂层；

（4）该钎涂材料可以卷制成盘状或轴状，钎涂过程中可实现自动化生产。

附图说明

图1为本发明的横截面结构示意图；

图2为硬质相颗粒为WC颗粒时制得的钎涂材料的电镜图；

图3为本发明的电镜图；

附图标记：1、纯镍金属层，2、药芯。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1：

一种镍基药芯钎涂材料，所述钎涂材料包括若干个间隔设置的药芯2和将若干药芯包裹的纯镍金属层1，所述药芯的压实密度为7.8-8.2；所述药芯包括以下质量份数的组分：35份BNi-2钎料中除Ni元素外的其他元素金属粉、46份硬质相颗粒和5份钎剂，所述硬质相颗粒包括质量比为1：1的WC颗粒和YG8，相较于使用仅含WC颗粒的硬质相颗粒制得的钎涂材料，硬质相颗粒中添加有WC颗粒与YG8制得的钎涂材料有助于减少涂层裂纹产生，形成致密涂层，且在WC颗粒与YG8的质量比为1：1时效果最好，所述钎剂包括硼砂和氟化钙的混合物，所述硼砂和氟化钙的质量比为85：15，所述纯镍金属层1由纯镍铸锭制得。

采用“FCWM50”被动拉拔式药芯焊丝机”制备镍基无缝多芯钎涂材料，具体包括如下步骤：

步骤一、按上述质量分别称取镍基钎料金属粉、硬质相颗粒和钎剂放入混粉机中混合均匀后，得到药芯混合物料，备用；

步骤二、将步骤一制得的药芯混合物料在温度为100℃~150℃的条件下烘干1.5~2h，制得烘干药芯，备用；

步骤三、取一纯镍铸锭，在纯镍铸锭的一端端面中心处均匀钻设有3个盲孔，将步骤二制得的烘干药芯加入盲孔中，振动压实直至烘干药芯的压实密度达到7.8-8.2，得到填充有若干个烘干药芯的纯镍铸锭，备用；

步骤四、填充有若干个烘干药芯的纯镍铸锭经热挤压、辊轧、拉拔形成镍基无缝多芯钎涂材料。

设有3个盲孔的纯镍铸锭质量等于BNi-2钎料中Ni元素的质量。

其中，钎涂材料各组分的量的计算方法如下：取一设有3个盲孔的纯镍铸锭，称量质量为1229.6克（也即镍基钎料中镍的质量），得到的镍基钎料（选取BNi-2钎料），则镍的质量百分比为85.4份，由镍的质量可算出BNi-2钎料质量为1439.8克，BNi-2钎料质量减去镍的质量，即得应添加镍基钎料金属粉质量210.2克，然后根据BNi-2钎料占整个钎涂材料的比例，假定为35份，算出钎涂材料质量为4113.7克，再根据硬质相颗粒质量百分比，若为50份，则硬质相颗粒质量2056.85克，其中WC和YG8比例为1：1，各为1028.425克，钎剂质量百分比为5份，钎剂粉质量为205.68克；可算出应应填入药粉2472.73克，该质量恰好等于或略低于与纯镍铸锭所设盲孔体积相等的压实药粉质量。

母材选用35CrMo工具钢，对该实施例的产品进行磨粒磨损实验，磨粒磨损试验在MLG-130A型干式橡胶轮磨粒磨损试验机上进行。钎涂后的尺寸为40mm×25mm×6mm。试验载荷为20N，磨料为120号棕刚玉砂，橡胶轮转速为100r/min，砂流量为100g/min，磨损时间为15min，涂层的磨损用失质量表示，测试结果为37mg。采用同种比例的BNi-2钎料粉末、铸造碳化钨粉等制备的传统悬浮浆料钎涂材料在同种钎涂工艺及磨粒磨损试验中的测试结果为48mg，该钎涂材料的耐磨性明显高于传统粉状钎涂材料。

实施例2：

一种镍基药芯钎涂材料，所述钎涂材料包括若干个间隔设置的药芯2和将若干药芯包裹的纯镍金属层1，所述药芯的压实密度为7.8-8.2；所述药芯包括以下质量份数的组分：36份BNi-2钎料中除Ni元素外的其他元素金属粉、48份硬质相颗粒和5份钎剂，所述硬质相颗粒包括质量比为1：1的WC颗粒和YG8，所述钎剂包括硼砂和氟化钙的混合物，所述硼砂和氟化钙的质量比为85：15。

本实施例钎涂材料的制备方法和实施例1的制备方法一致；

母材选用35CrMo工具钢，对该实施例的产品进行磨粒磨损实验，磨粒磨损试验在MLG-130A型干式橡胶轮磨粒磨损试验机上进行。钎涂后的尺寸为40mm×25mm×6mm。试验载荷为20N，磨料为120号棕刚玉砂，橡胶轮转速为100r/min，砂流量为100g/min，磨损时间为15min，涂层的磨损用失质量表示，测试结果为35mg。采用同种比例的BNi-2钎料粉末、铸造碳化钨粉等制备的传统悬浮浆料钎涂材料在同种钎涂工艺及磨粒磨损试验中的测试结果为45mg，该钎涂材料的耐磨性明显高于传统粉状钎涂材料。

实施例3：

一种镍基药芯钎涂材料，所述钎涂材料包括若干个间隔设置的药芯2和将若干药芯包裹的纯镍金属层1，所述药芯的压实密度为7.8-8.2；所述药芯包括以下质量份数的组分：38份BNi-2钎料中除Ni元素外的其他元素金属粉、50份硬质相颗粒颗粒和5份钎剂，所述硬质相颗粒颗粒包括质量比为1：1的WC颗粒和YG8，所述钎剂包括硼砂和氟化钙的混合物，所述硼砂和氟化钙的质量比为85：15。

本实施例钎涂材料的制备方法和实施例1的制备方法一致；

母材选用35CrMo工具钢，对该实施例的产品进行磨粒磨损实验，磨粒磨损试验在MLG-130A型干式橡胶轮磨粒磨损试验机上进行。钎涂后的尺寸为40mm×25mm×6mm。试验载荷为20N，磨料为120号棕刚玉砂，橡胶轮转速为100r/min，砂流量为100g/min，磨损时间为15min，涂层的磨损用失质量表示，测试结果为34mg。采用同种比例的BNi-2钎料粉末、铸造碳化钨粉等制备的传统悬浮浆料钎涂材料在同种钎涂工艺及磨粒磨损试验中的测试结果为43mg，该钎涂材料的耐磨性明显高于传统粉状钎涂材料。

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 (8)

1.一种镍基无缝多芯钎涂材料，其特征在于：所述钎涂材料包括若干个间隔设置的药芯和将若干药芯包裹的纯镍金属层，所述药芯包括以下质量份数的组分：35~49份镍基钎料金属粉、46～60份硬质相颗粒和5份钎剂。

2.根据权利要求1所述的一种镍基无缝多芯钎涂材料，其特征在于：所述镍基钎料金属粉的粒度为150目~200目。

3.根据权利要求1或2所述的一种镍基无缝多芯钎涂材料，其特征在于：所述镍基钎料金属粉为镍基钎料中除Ni元素外的其他金属粉。

4.根据权利要求1所述的一种镍基无缝多芯钎涂材料，其特征在于：所述硬质相颗粒包括质量比为1：1的WC颗粒和YG8。

5.根据权利要求4所述的一种镍基无缝多芯钎涂材料，其特征在于：所述WC颗粒粒度为60目～80目，所述YG8的粒度为100目～120目。

6.根据权利要求1所述的一种镍基无缝多芯钎涂材料，其特征在于：所述钎剂包括硼砂和氟化钙的混合物，所述硼砂和氟化钙的质量比为85：15。

7.根据权利要求1~6任意一项所述的一种镍基无缝多芯钎涂材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、按上述质量分别称取镍基钎料金属粉、硬质相颗粒和钎剂放入混粉机中混合均匀后，得到药芯混合物料，备用；

步骤二、将步骤一制得的药芯混合物料在温度为100℃~150℃的条件下烘干1.5~2h，制得烘干药芯，备用；

步骤三、取一纯镍铸锭，在纯镍铸锭的一端端面中心处均匀钻设有若干个盲孔，将步骤二制得的烘干药芯加入盲孔中，振动压实直至烘干药芯的压实密度达到7.8-8.2，得到填充有若干个烘干药芯的纯镍铸锭，备用；

步骤四、填充有若干个烘干药芯的纯镍铸锭经热挤压、辊轧、拉拔形成镍基无缝多芯钎涂材料。

8.根据权利要求7所述的一种镍基无缝多芯钎涂材料的制备方法，其特征在于：所述盲孔的数量为2~3个。

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