CN111390426B - 一种用于超硬磨料钎焊的复合钎料及其制备方法、进行钎焊的方法 - Google Patents

一种用于超硬磨料钎焊的复合钎料及其制备方法、进行钎焊的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于超硬磨料钎焊的复合钎料及其制备方法、进行钎焊的方法，属于超硬磨料工具制作领域。复合钎料包括CuSnTi合金相和增强相，CuSnTi合金相各组分及其质量百分比分别为70～75％的Cu粉、15～20％Sn粉和5～10％的Ti粉，增强相为WC粉或ZrC粉中的一种，其中，增强相占CuSnTi合金相的体积百分比为5％～40％；先将CuSnTi合金相，和增强相机械混合一段时间，再配以5％的丙烯酸和95％的对二甲苯制成的粘结剂，置于超硬磨料和Q460钢待焊面之间，然后将其放置于真空钎焊炉中进行真空钎焊。本发明钎焊后制备的超硬磨料工具进行磨削实验，超硬磨料把持力较高，颗粒磨削效果更好。

Description

一种用于超硬磨料钎焊的复合钎料及其制备方法、进行钎焊 的方法
技术领域
本发明属于超硬磨料工具制作领域，具体涉及一种用于超硬磨料钎焊的复合钎料及其制备方法、进行钎焊的方法。
背景技术
超硬磨料由于其超高的硬度，耐磨性和耐腐蚀性常被用于制备磨削工具，金刚石是超硬磨料的一种，其多应用于能源，航空航天机械，冶金，电子及木材，石材加工等行业，随着金刚石工具的生产日益走向精密化和高效化，所以引发了各工业强国对于该领域的极大重视。
按照加工理论，金刚石磨削工具的加工性能由两方面决定：一方面是金刚石承载负荷的能力，即金刚石的强度和结合剂对金刚石的把持能力；另一方面是金刚石排布的形貌，对单层固结磨料工具来说至关重要。目前，金刚石磨削工具的加工方法大都是使用钎焊法，通过钎焊改变了金刚石与基体的结合强度，并且对钎焊工艺进行了详细的研究，为发展钎焊金刚石起到了积极的作用。钎焊法制作金刚石工具是使用一些活性钎料（比如 Ag-Cu-Ti，Ni-Cr，Cu-Sn-Ti 等）做为粘结材料，使金刚石与基体实现高强度的结合。但是，由于含银等贵金属的钎料价格贵，成本较高；Ni-Cr 合金由于熔点高，且含有触媒元素Ni、Fe等，钎焊过程中容易对金刚石造成热损伤；Cu-Sn-Ti虽然成本低，熔点低，对金刚石的热损伤性小，但是金刚石砂轮磨粒把持强度不高，磨削过程容易过早脱落而导致磨削工具整体失效。现有以Cu-Sn-Ti合金作为钎料中常以TiH2粉末作为Ti源。
例如，中国专利申请号为201410005561.0，申请公开日为2014年5月28日的专利申请文件公开了一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法。该专利的制作方法包括以下步骤：利用机械加工的方法制备金刚石砂轮的基体，除油除锈；采用Cu粉、Sn粉、TiH2粉和WC粉的混合物做为钎焊金刚石砂轮的钎料，机械搅拌均匀；将金刚石砂轮的基体、钎料和金刚石磨粒按顺序布置制作工具成型毛坯；将工具成型毛坯放入真空炉，采用钎焊工艺，使钎料与金刚石磨粒发生化学反应，随炉冷却至室温出炉。该发明以TiH2为Ti源在一定程度上可以降低原料成本，同时避免被氧化污染；向Cu粉，Sn粉，TiH2粉的混合粉末中加入超细WC粉，可以增强钎料的耐磨性、耐热性，可以减少金刚石的石墨化，从而降低金刚石的热损伤，以使金刚石磨料工具的性能得到充分发挥。但是，在真空氛围中金刚石石墨化温度一般为1500℃左右，CuSnTi钎料一般不会出现石墨化。如今Ti粉制备技术更加成熟，Ti粉的成本相比于TiH2更低；并且TiH2在高温下会分解出H2，在钎料层生成气孔，增大了残余应力，严重降低了金刚石的结合强度，导致磨削过程中金刚石易脱落，并且金刚石的结合强度提升不大，钎料润湿性和爬升高度不好。
再如，中国专利申请号为201710412312.7，申请公开日为2017年11月7日的专利申请文件公开了一种Cu-Sn-Ti的金刚石钎焊涂层及其制备方法。包括钛粉层、锡镀层和附着在金刚石上的铜镀层，锡镀层位于铜镀层和钛粉层之间。其中，各组分按照质量百分比如下：铜60~80％，锡10~25％，钛5~15％。该发明还公开了一种使用电镀的制备方法，先在金刚石表面镀上铜层和锡层，再把镀好的金刚石与钛粉混合烧结，就得到了Cu-Sn-Ti的金刚石钎焊料涂层。该发明与金刚石界面结合强度高，包覆钎焊料涂层的金刚石与其他粘接料烧结具有更好的结合力。但是，一方面Ti粉是活性很高的元素，将Ti分层使用在钎焊实验的升温过程中，热压炉中残留的氧气会与暴露的Ti粉发生化学反应，使Ti失活，Ti是钎焊过程的重要元素，Ti元素是活性元素，钎焊过程通过元素的扩散与C元素结合生成碳化物层达到金刚石与钢基体的紧密连接，Ti元素的氧化会影响金刚石的结合强度；另一方面，由于Ti粉需要在钎焊过程中起到活性元素及隔离金刚石的双重作用，所以如果将Ti粉与钎料粉末分层混合，会导致添加Ti粉的量过大，钎焊过程中Ti粉除了易氧化，还会与Cu等元素形成固溶化合物， Cu-Ti固溶化合物在基体中弥散分布，虽然一定程度上提高钎料层的强度，但如果量过大会增加钎料层的脆性。
因此，为了提高超硬磨料磨削工具的结合强度和超硬磨料的磨削性能，尤其是金刚石磨削工具，亟需开发一种用于超硬磨料钎焊的复合钎料及其制备方法、钎焊的方法。
发明内容
1. 要解决的问题
针对现有工业应用中制备的超硬磨料工具，尤其是金刚石磨料工具，金刚石与基体的结合强度不高，制备的金刚石工具在磨削过程中易发生脱落，金刚石的磨削性能不好的问题，本发明提供了一种用于金刚石钎焊的复合钎料，通过优化钎料配方，以提高金刚石磨削工具磨削性能。
本发明还提供一种用于金刚石钎焊的复合钎料的制备方法，其目的在于使得钎料混合均匀。
本发明还提供一种复合钎料进行钎焊的方法，其目的在于得到磨削性能优良的金刚石磨削工具。
2. 技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种用于超硬磨料钎焊的复合钎料，包括CuSnTi合金相和增强相，所述CuSnTi合金相各组分及其质量百分比分别为70~75%的Cu粉、15~20%Sn粉和5~10%的Ti粉，所述增强相为WC粉或ZrC粉中的一种，其中，所述增强相占CuSnTi合金相的体积百分比为5%~40%，所述超硬磨料包括但不限于金刚石。
进一步地，所述Cu粉、Sn粉、Ti粉混合质量比为70：20：10；所述增强相占CuSnTi合金相的体积百分比为10%~30%。
进一步地，所述WC粉和ZrC粉均为微米级粉末，其中WC粉的粒径为40~50 μm，ZrC粉为1~5 μm。
一种上述复合钎料的制备方法，先将Cu粉、Sn粉和Ti粉混合均匀形成CuSnTi合金相，再向CuSnTi合金相中添加增强相球磨处理一段时间，得到复合钎料。
进一步地，所述球磨处理为在球磨罐中进行。
进一步地，其步骤为：所述增强相为WC粉时球磨处理的球料质量比为10:1，所述增强相为ZrC粉时球磨处理的球料质量比为（20~25）:1，所述球磨处理的转速为200~300 r/min，所述球磨处理的时间为2~5 h。
一种复合钎料进行钎焊的方法，步骤为：
S101、将上述制得的复合钎料与粘结剂混合成膏状钎料，然后烘干膏状钎料表面水分待用；
S102、将基体的待焊面打磨、抛光，并将超硬磨料和基体用丙酮超声清洗20~30min后取出，自然晾干；
S103、于基体的待焊面上涂覆粘结剂形成第一粘结剂层，再将步骤S101中烘干表面水分的膏状钎料均匀涂覆在待焊面的第一粘结剂层上形成钎料层，钎料层厚度为5 mm再于钎料层上涂覆粘结剂形成第二粘结剂层，将超硬磨料均匀铺展于第二粘结剂层上，得到待焊试样；
S104、将步骤S103得到的待焊试样于真空环境中，加速升温至1020~1050℃，保温15~20 min，加速降温至150~200℃后冷却至室温，即完成超硬磨料与基体的钎焊。
进一步地，步骤S101中，所述粘结剂为质量百分比分别为5%的丙烯酸和95%的二甲苯混合而成，所述复合钎料与粘结剂的混合质量比为95:5，所述膏状钎料于80~100℃温度下烘干15~20 min，并放置在干燥箱中待用。
进一步地，步骤S102中，所述基体为Q460钢；步骤S103中，所述第一粘结剂层和第二粘结剂层为质量百分比分别为5%的丙烯酸和95%的二甲苯混合后涂覆而成，所述第一粘结剂层、第二粘结剂层和钎料层的厚度均为0.5~1 mm。
进一步地，步骤S103中，所述超硬磨料体积的30%~40%露在空气中。
进一步地，步骤S104中，所述真空环境的真空度为8.0×10-3~5.0×10-2 Pa，所述升温速率为10℃/min，所述降温速率为5 ℃/min。
3. 有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
（1）本发明的增强相为微米级的WC粉末和ZrC粉末，微米级WC粉末添加可以有效提高钎料合金的接头强度和耐磨性，以金刚石材料为例，纳米级ZrC粉末可以有效提高金刚石的结合强度并同时对钎料组织有强化作用，两者单独作为增强相添加到CuSnTi钎料粉末中，避免使用现有钎料钎焊后金刚石与基体结合面处反应层易出现应力集中从而导致裂纹的出现，均可提高钎焊后金刚石的结合强度和耐磨性，此外两种硬质颗粒还可以提高钎料的硬度；而金刚石常被用于制作金刚石工具，因此本发明应用于连接金刚石和Q460钢的复合钎料进行钎焊的前景广阔；
（2）本发明增强相占CuSnTi合金相的体积百分比为5%~40%，低于5%时，钎料的流动性高，钎料的粘度减小，导致钎料流淌严重，钎料层易坍塌，钎料的堆积会导致金刚石被大面积包裹，不利于切削刃的出露；高于40%后钎料层的润湿性大幅度下降，钎焊效果差；发明人在反复试验的过程中，发现Cu粉、Sn粉、Ti粉混合质量比为70：20：10时，增强相占CuSnTi合金相的体积百分比为10%~30%时，金刚石钎焊后的结合强度最佳，金刚石磨削工具的磨削性能最优，低于10%和高于30%时基本可完成金刚石的钎焊，且产品质量优于未添加增强相的钎料，但与10%~30%相比，增强相低于10%时钎料呈现小面积坍塌，并且流淌较为严重，金刚石切削刃出露度较低；高于30%时钎料润湿性降低，使得钎料的爬升高度下降，金刚石结合强度降低；
（3）本发明通过在CuSnTi合金相中添加适量的硬质增强相颗粒，可以减少Ti粉的添加量，选择成本较低、高温稳定性较高的WC和ZrC 颗粒作为增强相颗粒，并且通过控制混合颗粒的粒径均在微米级，即WC粉的粒径为40~50 μm，ZrC粉为1~5 μm，微米级别的粉末钎焊效果优于纳米级颗粒，经实验探究40~50μmWC、1~5μmZrC钎焊后效果较好,且细颗粒的增强相弥散分布于钎料层中可提高钎料层的强度，硬质相颗粒也可以提高其硬度，达到最优的工艺性能；
（4）本发明复合钎料的制备方法利用球磨化工艺将CuSnTi合金相和增强相进行合金化处理以制备出活性铜基钎料，机械球磨化是指金属或合金粉末在高能球磨机中通过粉末与磨球之间长时间激烈碰撞、挤压和冲击，使得粉末颗粒产生反复地的断裂、冷焊和塑形变形，粉末组织结构不断的细化，并增大粉末颗粒中的原子扩散，从而获得合金化粉末的一种粉末制备技术，其对设备的要求较低，生产成本不高，作为制备新材料的一种重要工艺受到了材料界的关注和运用，利用球磨法制备出的铜基钎料均匀性好，不容易产生增强相的富集，有利于钎焊后金刚石结合强度和磨削性能的提升；
（5）本发明钎焊的方法中，复合钎料与粘结剂混合为膏状钎料后在80℃下烘干15min，目的为去除表层的水分，烘干完成钎料表面的水分和残留的其它液态物质去除，膏状钎料的粘度基本不变，可以满足均匀铺展；粘结剂采用5%的丙烯酸和95%的二甲苯混合，丙烯酸和二甲苯混合后具有较强的粘性，丙烯酸有毒所以需要配置极少量，二者配合后毒性极小，在加热到400℃~500℃后该粘结剂会直接挥发并不会产生残留的其它物质；
（6）本发明钎焊的方法中，第一粘结剂层的作用是将钎料固定在待焊面上，金刚石和钎料之间还涂了第二粘结剂层，是为了固定金刚石的位置，使得金刚石钎焊完基本很整齐，两层粘结剂层都是很薄的一层（0.5 mm），不影响钎焊过程，同时，第二粘结剂层的粘结作用，使得金刚石钎焊时包覆在钎料中的部分较少，大约保证有30%~40%体积的金刚石保留在空气的情况下还能钎焊成功，并且配合使用本发明的钎料——WC可以改善钎料的润湿性，对比于纯CuSnTi钎料不会发生钎料的坍塌和堆积，有效地控制了金刚石表面爬升的钎料的高度，最大程度提高了金刚石的磨削面积，并且多次磨削后，金刚石基本不会掉落；同时ZrC粉末粒径的更小，对钎料的润湿性改善效果与WC基本一致，而且钎料的涂敷更加均匀。
附图说明
图1为本发明待焊试样的结构示意图；
图2为实施例1中添加15%WC粉末的钎料合金钎焊扫描电镜形貌图；
图3为实施例2中添加10%WC粉末的钎料合金钎焊扫描电镜形貌图；
图4为实施例3中添加20%WC粉末的钎料合金钎焊扫描电镜形貌图；
图5为实施例4中添加25%WC粉末的钎料合金钎焊扫描电镜形貌图；
图6为实施例5中添加30%WC粉末的钎料合金钎焊扫描电镜形貌图；
图7为实施例6中添加5%WC粉末的钎料合金钎焊扫描电镜形貌图；
图8为实施例7中添加40%WC粉末的钎料合金钎焊扫描电镜形貌图；
图9为实施例8中添加15%ZrC粉末的钎料合金钎焊扫描电镜形貌图；
图10为实施例9中添加10%ZrC粉末的钎料合金钎焊扫描电镜形貌图；
图11为实施例10中添加20%ZrC粉末的钎料合金钎焊扫描电镜形貌图；
图12为实施例11中添加25%ZrC粉末的钎料合金钎焊扫描电镜形貌图；
图13为实施例12中添加30%ZrC粉末的钎料合金钎焊扫描电镜形貌图；
图14为实施例13中添加5%ZrC粉末的钎料合金钎焊扫描电镜形貌图；
图15为实施例14中添加40%ZrC粉末的钎料合金钎焊扫描电镜形貌图；
图16为对比例1中不添加增强相的钎料合金钎焊扫描电镜形貌图；
图17为本发明各实施例和对比例添加不同量WC粉末中钎焊试样摩擦磨损试验后磨损量与时间关系图；
图18为本发明各实施例和对比例添加不同量WC粉末中钎焊试样摩擦磨损试验后摩擦系数与时间关系图；
图19为本发明各实施例和对比例添加不同量ZrC粉末中钎焊试样摩擦磨损试验后磨损量与时间关系图；
图20为本发明各实施例和对比例添加不同量ZrC粉末中钎焊试样摩擦磨损试验后摩擦系数与时间关系图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
本实施例的一种用于超硬磨料钎焊的复合钎料，包括CuSnTi合金相和WC增强相，其中，CuSnTi合金相包括70%的Cu、20%的Sn和10%的Ti，WC增强相的添加量为CuSnTi合金相体积百分比的15%，本实施例WC增强相粉末的粒度为50 μm，其中超硬磨料为金刚石。
本实施例的复合钎料用于通过钎焊的方法将金刚石和Q460钢连接于一体制成金刚石磨削工具，具体来说，本实施例复合钎料的制备方法及其进行钎焊的方法其步骤为：
（1）按质量百分比分别为70%的Cu粉、20%的Sn粉和10%的Ti粉进行均匀混合，得到CuSnTi合金相；
（2）向CuSnTi合金相中加入占CuSnTi合金相体积百分比为15%的WC增强相后，将其放入球磨罐中，以250 r/min的转速球磨处理3.5 h，得到本实施例的复合钎料，其中球磨罐中球料质量比为10:1；
（3）将步骤（2）得到的复合钎料与粘结剂（5%丙烯酸+95%二甲苯）混合成膏状钎料，其中复合钎料与粘结剂的混合质量比为95:5；将所得的膏状钎料于80℃温度下烘干15min，并放置在干燥箱中等待钎焊；
（4）将Q460钢的待焊面用砂轮打磨平整，然后用120#、400#、600#、800#和1000#的金相砂纸打磨平整，然后在抛光机上将Q460钢的待焊面进行抛光处理；并将金刚石和处理后的钢基体用丙酮超声清洗20 min后取出，自然晾干；
（5）于Q460钢的待焊面上涂覆0.5 mm厚的第一粘结剂层（5%丙烯酸+95%二甲苯混合涂覆而成），再将步骤（3）中烘干表面水分的膏状钎料均匀涂覆在待焊面的粘结剂上形成钎料层，钎料层厚度为0.5 mm，再于钎料层上涂覆0.5 mm厚的第二粘结剂层（5%丙烯酸+95%二甲苯混合涂覆而成），将吹干后的金刚石用镊子夹持均匀地铺展在第二粘结剂层上，得到待焊试样，如图1所示是待焊试样的结构示意图，其中，保持金刚石体积的30%露在空气中；
（6）将步骤（5）得到的待焊试样A置于真空钎焊炉中，抽真空至8.0×10-3~5.0×10-2Pa，以10℃/min的加热速度将待焊件升温到1050℃，保温15 min，然后以5℃/min的速度降温至200℃，然后随炉冷却至室温，即完成使用本实施例的复合钎料连接金刚石和Q460钢进行钎焊的方法。
实施例2
本实施例用于超硬磨料钎焊的复合钎料与实施例1基本相同，其不同之处在于：本实施例WC增强相的添加量为CuSnTi合金相体积百分比的10%，WC的粒度为40 μm，并且球磨处理的转速为200 r/min。
实施例3
本实施例用于超硬磨料钎焊的复合钎料与实施例1基本相同，其不同之处在于：本实施例WC增强相的添加量为CuSnTi合金相体积百分比的20%，WC的粒度为45 μm，并且球磨处理的转速为300 r/min。
实施例4
本实施例用于超硬磨料钎焊的复合钎料与实施例1基本相同，其不同之处在于：本实施例WC增强相的添加量为CuSnTi合金相体积百分比的25%。
实施例5
本实施例用于超硬磨料钎焊的复合钎料与实施例1基本相同，其不同之处在于：本实施例WC增强相的添加量为CuSnTi合金相体积百分比的30%。
实施例6
本实施例用于超硬磨料钎焊的复合钎料与实施例1基本相同，其不同之处在于：CuSnTi合金相包括70%的Cu、15%的Sn和5%的Ti，WC增强相的添加量为CuSnTi合金相体积百分比的5%。
实施例7
本实施例用于超硬磨料钎焊的复合钎料与实施例1基本相同，其不同之处在于：CuSnTi合金相包括75%的Cu、18%的Sn和20%的Ti，WC增强相的添加量为CuSnTi合金相体积百分比的40%。
实施例8
本实施例的一种用于超硬磨料钎焊的复合钎料，包括CuSnTi合金相和ZrC增强相，其中，CuSnTi合金相包括70%的Cu、20%的Sn和10%的Ti，ZrC增强相的添加量为CuSnTi合金相体积百分比的15%，本实施例ZrC增强相粉末的粒度为1 μm，其中超硬磨料为金刚石。
本实施例的复合钎料用于通过钎焊的方法将金刚石和Q460钢连接于一体制成金刚石磨削工具，具体来说，本实施例复合钎料的制备方法及其进行钎焊的方法其步骤为：
（1）按质量百分比分别为70%的Cu粉、20%的Sn粉和10%的Ti粉进行均匀混合，得到CuSnTi合金相；
（2）向CuSnTi合金相中加入占CuSnTi合金相体积百分比为15%的ZrC增强相后，将其放入球磨罐中，以250 r/min的转速球磨处理5 h，得到本实施例的复合钎料，其中球磨罐中球料质量比为20:1；
（3）将步骤（2）得到的复合钎料与粘结剂（5%丙烯酸+95%二甲苯）混合成膏状钎料，其中复合钎料与粘结剂的混合质量比为95:5；将所得的膏状钎料于80℃温度下烘干15min，并放置在干燥箱中等待钎焊；
（4）将Q460钢的待焊面用砂轮打磨平整，然后用120#、400#、600#、800#和1000#的金相砂纸打磨平整，然后在抛光机上将Q460钢的待焊面进行抛光处理；并将金刚石和处理后的钢基体用丙酮超声清洗20 min后取出，自然晾干；
（5）于Q460钢的待焊面上涂覆0.5 mm厚的第一粘结剂层（5%丙烯酸+95%二甲苯混合涂覆而成），再将步骤（3）中烘干表面水分的膏状钎料均匀涂覆在待焊面的粘结剂上形成钎料层，钎料层厚度为1 mm，再于钎料层上涂覆0.5 mm厚的第二粘结剂层（5%丙烯酸+95%二甲苯混合涂覆而成），将吹干后的金刚石用镊子夹持均匀地铺展在第二粘结剂层上，得到待焊试样，如图1所示是待焊试样的结构示意图，其中，保持金刚石体积的40%露在空气中；
（6）将步骤（5）得到的待焊试样置于真空钎焊炉中，抽真空至8.0×10-3~5.0×10- 2Pa，以10℃/min的加热速度将待焊件升温到1050℃，保温15 min，然后以5℃/min的速度降温至200℃，然后随炉冷却至室温，即完成使用本实施例的复合钎料连接金刚石和Q460钢进行钎焊的方法。
实施例9
本实施例用于超硬磨料钎焊的复合钎料与实施例8基本相同，其不同之处在于：本实施例ZrC增强相的添加量为CuSnTi合金相体积百分比的10%，ZrC的粒度为2 μm。
实施例10
本实施例用于超硬磨料钎焊的复合钎料与实施例8基本相同，其不同之处在于：本实施例ZrC增强相的添加量为CuSnTi合金相体积百分比的20%，ZrC的粒度为3 μm。
实施例11
本实施例用于超硬磨料钎焊的复合钎料与实施例8基本相同，其不同之处在于：本实施例ZrC增强相的添加量为CuSnTi合金相体积百分比的25%，ZrC的粒度为4 μm。
实施例12
本实施例用于超硬磨料钎焊的复合钎料与实施例8基本相同，其不同之处在于：本实施例ZrC增强相的添加量为CuSnTi合金相体积百分比的30%。
实施例13
本实施例用于超硬磨料钎焊的复合钎料与实施例8基本相同，其不同之处在于：CuSnTi合金相包括60%的Cu、15%的Sn和5%的Ti，ZrC增强相的添加量为CuSnTi合金相体积百分比的5%。
实施例14
本实施例用于超硬磨料钎焊的复合钎料与实施例8基本相同，其不同之处在于：CuSnTi合金相包括75%的Cu、18%的Sn和20%的Ti，ZrC增强相的添加量为CuSnTi合金相体积百分比的40%。
对比例1
本对比例与实施例1基本相同，其不同之处在于：对比例1中未添加增强相，以相同的工艺制备出待焊试样，并且按照同样的工艺将待焊试样进行真空钎焊。
本对比例的扫描电镜照片如图16所示。对比上述实施例可以得出不加任何增强相颗粒金刚石结合情况较差，金刚石磨削性能也更差。
性能测试
一、微观形貌
利用扫描电子显微镜观测了上述实施例及对比例金刚石真空钎焊后的微观形貌，其中，图2为实施例1中添加15%WC粉末的钎料合金钎焊扫描电镜形貌图，图3为实施例2中添加10%WC粉末的钎料合金钎焊扫描电镜形貌图，图4为实施例3中添加20%WC粉末的钎料合金钎焊扫描电镜形貌图，图5为实施例4中添加25%WC粉末的钎料合金钎焊扫描电镜形貌图，图6为实施例5中添加30%WC粉末的钎料合金钎焊扫描电镜形貌图，图7为实施例6中添加5%WC粉末的钎料合金钎焊扫描电镜形貌图，图8为实施例7中添加40%WC粉末的钎料合金钎焊扫描电镜形貌图，图9为实施例8中添加15%ZrC粉末的钎料合金钎焊扫描电镜形貌图，图10为实施例9中添加10%ZrC粉末的钎料合金钎焊扫描电镜形貌图，图11为实施例10中添加20%ZrC粉末的钎料合金钎焊扫描电镜形貌图，图12为实施例11中添加25%ZrC粉末的钎料合金钎焊扫描电镜形貌图，图13为实施例12中添加30%ZrC粉末的钎料合金钎焊扫描电镜形貌图，图14为实施例13中添加5%ZrC粉末的钎料合金钎焊扫描电镜形貌图，图15为实施例14中添加40%ZrC粉末的钎料合金钎焊扫描电镜形貌图，图16为对比例1中不添加增强相的钎料合金钎焊扫描电镜形貌图。
图2~8与图16中观察到金刚石出露度较高，钎料的爬升高度也有所提升，金刚石表层有明显的钎料的爬升及一些白色状物质，为TiC化合物及Cu-Ti间化合物，且数量明显比图16更多，实现金刚石与钢基体紧密结合是通过原子间的扩散连接而成的；TiC是表征金刚石结合效果的主要化合物，所以添加适量WC可以有效增加TiC的生成量，促进金刚石与基体的有效结合。
图9~13与图6进行对比，可以看出添加ZrC后钎料的结合更好，金刚石的出刃更好，且钎料爬升高度高，金刚石结合强度高，金刚石磨削性能更好，故可以证明添加ZrC能有效保证金刚石与钢基体的紧密连接。
而图2~8之间相互对比，以及图9~15之间相互对比，可以看出添加15%微米WC以及添加15%微米ZrC的形貌最好，并且根据摩擦磨损实验图得出磨削性能最好。
综上所述，加入WC或ZrC对Ti和C的反应有促进作用，形成更多的TiC化合物层，有利于金刚石与钢基体结合强度的提高。
二、摩擦磨损实验
金刚石工件的磨削性能可由摩擦系数及被磨件的磨损量来表征。磨损量越大，金刚石磨具的磨削效率越高；摩擦系数越小，金刚石在磨削过程中所受到的阻力越小，磨削效率也会越高。
将实施例1~7和对比例1中制得的钎焊金刚石试样在MFT-3000试验机上进行摩擦磨损实验，测得的磨损量和摩擦系数如图17、图18所示。从图17中可以看出，实施例1~7中的被磨件磨损量值整体较大，且结合图18实施例1~7的摩擦系数数值也处于较低的水平；可以得出添加混合增强相的Cu基钎料钎焊金刚石磨削性能相比于纯Cu基钎料有明显改善。图18的曲线中，实施例1与实施例2~7进行对比，实施例1的摩擦系数最小，磨削过程中受到的摩擦阻力会越小，磨削效率更高；而图17中实施例1的磨损量也较大，磨削效果也较好。
综合讨论实施例1的摩擦系数及磨损量的取值更优，添加15%增强相的Cu基钎料钎焊金刚石磨削性能更好。
金刚石在加入WC增强相后结合强度有明显的提高，在摩擦磨损实验之后，实施例1中添加占CuSnTi合金相体积百分比为15%的WC增强相钎焊得到的金刚石试样其金刚石掉落颗粒数最小，而未添加增强相的试样，金刚石掉落颗粒数最多。金刚石的磨削性能是最重要的工艺性能，磨削过程金刚石切削刃出露度达到2/5～3/5左右切削效果最佳。
将实施例8~14中制得的钎焊金刚石试样在MFT-3000试验机上进行摩擦磨损实验，测得的磨损量和摩擦系数如图19、图20所示。图19中实施例8~14曲线的被磨件磨损量值整体较大，且结合图20实施例1的摩擦系数数值也处于较低的有水平；可以得出添加增强相的Cu基钎料钎焊金刚石磨削性能相比于纯Cu基钎料有明显改善。图20的曲线中，对比例16与实施例9~14进行对比，实施例9的摩擦系数最小，磨削过程中收到的摩擦阻力越小，磨削效率更高；而图19中实施例9的磨损量也较大，磨削效果也较好。
综合讨论实施例9的摩擦系数及磨损量的取值更优，添加15%混合增强相的Cu基钎料钎焊金刚石磨削性能更好。
金刚石在加入ZrC增强相后结合强度有明显的提高，在摩擦磨损实验之后，实施例9中添加占CuSnTi合金相体积百分比为15%的ZrC增强相钎焊得到的金刚石试样其金刚石掉落颗粒数最小，而未添加增强相的试样，金刚石掉落颗粒数最多。金刚石的磨削性能是最重要的工艺性能，磨削过程金刚石切削刃出露度达到2/5～3/5左右切削效果最佳。
可以由此得到，加入15%的WC或ZrC颗粒对金刚石磨削性能的提升最大。
值得注意的是，以上实施例钎焊方法的各控制条件参数，在合理范围内可上下波动，并且参数的范围不是本发明的创新点所在，故实施例中只列举了部分参数变化，本领域技术人员在合理的范围内选择参数，在本发明创新点所在的情况下，依然属于本发明的要保护的范围。

Claims (9)

1.一种用于超硬磨料钎焊的复合钎料，其特征在于：包括CuSnTi合金相和增强相，所述CuSnTi合金相各组分及其质量百分比分别为70~75%的Cu粉、15~20%Sn粉和5~10%的Ti粉，所述增强相为WC粉或ZrC粉中的一种，其中，所述增强相占CuSnTi合金相的体积百分比为5%~40%，所述WC粉和ZrC粉均为微米级粉末，其中WC粉的粒径为40~50 μm，ZrC粉为1~5 μm。
2.根据权利要求1所述的一种用于超硬磨料钎焊的复合钎料，其特征在于：所述Cu粉、Sn粉、Ti粉混合质量比为70：20：10；所述增强相占CuSnTi合金相的体积百分比为10%~30%。
3.一种权利要求1~2任意一项所述复合钎料的制备方法，其特征在于：先将Cu粉、Sn粉和Ti粉混合均匀形成CuSnTi合金相，再向CuSnTi合金相中添加增强相，球磨处理一段时间，得到复合钎料。
4.根据权利要求3所述复合钎料的制备方法，其特征在于：其步骤为：所述增强相为WC粉时球磨处理的球料质量比为10:1，所述增强相为ZrC粉时球磨处理的球料质量比为（20~25）:1，所述球磨处理的转速为200~300 r/min，所述球磨处理的时间为2~5 h。
5.一种复合钎料进行钎焊的方法，其特征在于：步骤为：
S101、将权利要求4所述的制备方法制得的复合钎料与粘结剂混合成膏状钎料，然后烘干膏状钎料表面水分待用；
S102、将基体的待焊面打磨、抛光，并将超硬磨料和基体用丙酮超声清洗20~30 min取出，自然晾干；
S103、于基体的待焊面上涂覆粘结剂形成第一粘结剂层，再将步骤S101中的膏状钎料均匀涂覆在待焊面的第一粘结剂层上形成钎料层，再于钎料层上涂覆粘结剂形成第二粘结剂层，将超硬磨料均匀铺展于第二粘结剂层上，得到待焊试样；
S104、将步骤S103得到的待焊试样于真空环境中，加速升温至1020~1050℃，保温15~20min，加速降温至150~200℃后冷却至室温，即完成超硬磨料与基体的钎焊。
6.根据权利要求5所述的一种复合钎料进行钎焊的方法，其特征在于：步骤S101中，所述粘结剂为质量百分比分别为5%的丙烯酸和95%的二甲苯混合而成，所述复合钎料与粘结剂的混合质量比为95:5，所述膏状钎料于80~100℃温度下烘干15~20 min，并放置在干燥箱中待用。
7.根据权利要求5所述的一种复合钎料进行钎焊的方法，其特征在于：步骤S102中，所述基体为Q460钢；步骤S103中，所述第一粘结剂层和第二粘结剂层为质量百分比分别为5%的丙烯酸和95%的二甲苯混合后涂覆而成，所述第一粘结剂层、第二粘结剂层和钎料层的厚度均为0.5~1 mm。
8.根据权利要求5所述的一种复合钎料进行钎焊的方法，其特征在于：步骤S103中，所述超硬磨料体积的30%~40%露在空气中。
9.根据权利要求5~8任意一项所述的一种复合钎料进行钎焊的方法，其特征在于：步骤S104中，所述真空环境的真空度为8.0×10-3~5.0×10-2 Pa，升温速率为8~10℃/min，降温速率为5~8 ℃/min。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112222676B (zh) * 2020-08-24 2022-02-22 西安交通大学 一种微纳米粉体改性活性钎料及其制备方法
CN112548396B (zh) * 2020-12-02 2022-09-27 安徽工业大学 一种含Ga的Cu基合金钎料、钎料的制备方法及进行钎焊的方法
CN115178912B (zh) * 2022-06-20 2023-10-03 安徽工业大学 一种含Ti3AlC2的铜基活性复合钎料、制备方法及其钎焊方法
CN116117377A (zh) * 2022-12-22 2023-05-16 宁波中机松兰刀具科技有限公司 一种用于pcbn刀具的钎料及其制备方法和应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101987402A (zh) * 2010-11-30 2011-03-23 哈尔滨工业大学 一种Cu-Sn-Ti钎料及使用其钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法
CN102211260A (zh) * 2011-05-25 2011-10-12 哈尔滨工业大学 一种陶瓷相增强的铜基复合钎料及其制备方法
CN103817610A (zh) * 2014-03-17 2014-05-28 中原工学院 一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法
CN104264148A (zh) * 2014-09-16 2015-01-07 北京科技大学 一种钛合金表面真空钎涂金属陶瓷复合涂层的方法
CN104669138A (zh) * 2015-02-12 2015-06-03 南京航空航天大学 钎焊制作磨粒协同排布的磨料工具的方法
CN105171172A (zh) * 2015-09-14 2015-12-23 沈阳飞机工业（集团）有限公司 一种导管钎焊连接件钎料预置方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109601028B (zh) * 2018-12-13 2022-09-09 中机智能装备创新研究院(宁波)有限公司 一种具有锯齿状自锐性涂层的旋耕刀

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101987402A (zh) * 2010-11-30 2011-03-23 哈尔滨工业大学 一种Cu-Sn-Ti钎料及使用其钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法
CN102211260A (zh) * 2011-05-25 2011-10-12 哈尔滨工业大学 一种陶瓷相增强的铜基复合钎料及其制备方法
CN103817610A (zh) * 2014-03-17 2014-05-28 中原工学院 一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法
CN104264148A (zh) * 2014-09-16 2015-01-07 北京科技大学 一种钛合金表面真空钎涂金属陶瓷复合涂层的方法
CN104669138A (zh) * 2015-02-12 2015-06-03 南京航空航天大学 钎焊制作磨粒协同排布的磨料工具的方法
CN105171172A (zh) * 2015-09-14 2015-12-23 沈阳飞机工业（集团）有限公司 一种导管钎焊连接件钎料预置方法

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