CN112570928B - 一种掺杂CeSi2合金的Ni基钎料及其钎焊金刚石 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种掺杂CeSi2合金的Ni基钎料及其钎焊金刚石，该钎料由Ni‑Cr‑B‑Si粉末与CeSi2合金机械球磨30～60min所获得，组分包括Cr 6～8wt%、Si 4～5wt%、B 2.75～3.5wt%、Fe 2.5～3.5wt%、CeSi2 1～3wt%、其余为Ni；钎焊金刚石由该钎料在氩气保护的管式炉中，以低于1100℃的温度钎焊金刚石颗粒，保温时间少于30min所得，能实现钎料对金刚石的高强度把持，并有效抑制钎焊金刚石的热损伤。

Description

一种掺杂CeSi2合金的Ni基钎料及其钎焊金刚石
技术领域
本发明涉及一种掺杂CeSi2合金的Ni基钎料及其钎焊金刚石。
背景技术
金刚石因具有高强、高硬、高耐磨等特性而常被用来加工硬脆材料，金刚石磨粒与基体材料的界面结合问题是决定金刚石工具服役性能的关键因素。采用传统的机械镶嵌、电镀等方法所制备的金刚石工具，金刚石只能机械地滞留于金属基体中，这会限制其获得足够的结合强度，致使金刚石在磨削加工过程中极易脱落失效，从而影响金刚石工具的加工效率和服役寿命。相比之下，钎焊金刚石工具则由于活性钎料中的强碳化物形成元素(如Cr、Ti、V等)会使金刚石和钎料合金之间发生强烈的化学键合，进而提高界面结合强度，显著改善钎焊金刚石工具的加工性能。
目前，应用于钎焊金刚石的金属结合剂主要有三类，即镍基、铜基和银基钎料。铜基钎料硬度不足且耐磨性差；银基钎料成本较高；镍基钎料因其高硬和高耐磨特性而成为钎焊金刚石工具的首选。
镍基钎料中Ni-Cr-B-Si钎料应用最广泛。然而，在触媒元素Ni与钎焊高温作用下产生的金刚石石墨化、化学侵蚀、残余应力等热损伤，削弱了金刚石的机械强度和基体对金刚石的把持力，从而导致金刚石磨粒在加工过程中易发生断裂和脱落失效。金刚石石墨化是指金刚石的致密结构在高温环境下遭到破坏并向石墨转变的现象；化学侵蚀主要是由于金刚石石墨化导致过量碳原子溶解于熔融钎料中，使得金刚石表面被腐蚀而产生蚀坑；残余应力的产生则是因为金刚石与钎料合金的热膨胀系数、杨氏模量等之间存在差异。触媒元素Ni和钎焊高温作用引起的金刚石热损伤是制约镍基钎料钎焊金刚石工具广泛应用的主要瓶颈问题。
发明内容
本发明的目的在于抑制钎焊过程中对金刚石的热损伤并提高基体对金刚石磨粒的把持强度，提供了一种掺杂CeSi2合金的Ni基钎料及其钎焊金刚石，能有效改善镍基钎料钎焊金刚石工具的加工性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：提供了一种掺杂CeSi2合金的Ni基钎料及其钎焊金刚石，该钎料由Ni-Cr-B-Si粉末与CeSi2合金机械球磨30～60min所获得，组分包括Cr 6～8wt%、Si 4～5wt%、B 2.75～3.5wt%、Fe 2.5～3.5wt%、CeSi2 1～3wt%、其余为Ni；钎焊金刚石由该钎料在氩气保护的管式炉中，以低于1100℃的温度钎焊金刚石颗粒，保温时间少于30min所得。
在较佳的实施方案中，所述球磨机转速为1000r/min，球料比为10:1。
在较佳的实施方案中，所述机械球磨时间为30～60min。
在较佳的实施方案中，所述钎焊温度为1020～1070℃。
在较佳的实施方案中，所述管式炉炉内为氩气保护气氛。
在较佳的实施方案中，所述钎焊金刚石表面生成Cr3C2和Cr7C3多种化合物，实现了钎料对金刚石的高强度把持。
在较佳的实施方案中，所述钎焊金刚石的石墨化得到了有效抑制。
本发明的有益效果为：本发明的钎料中的Ce原子能改善钎料对金刚石的润湿性，促进界面化学冶金反应，提高基体对金刚石的把持强度；同时，Ce原子能与Ni原子反应生成铈镍化合物，消耗部分镍原子，削弱触媒元素Ni对金刚石石墨化的催化作用。
附图说明
图1为本发明实施例钎焊金刚石的超景深三维形貌图，其中(a)为纯Ni-Cr-B-Si钎料钎焊金刚石；(b)为掺杂2wt%CeSi2合金的复合Ni-Cr-B-Si钎料钎焊金刚石。
图2为本发明实施例钎焊金刚石的扫描电镜微观形貌图，其中(a)为纯Ni-Cr-B-Si钎料钎焊金刚石；(b)为掺杂2wt%CeSi2合金的复合Ni-Cr-B-Si钎料钎焊金刚石。
图3为本发明实施例分别采用纯Ni-Cr-B-Si钎料和掺杂2wt%CeSi2合金的复合Ni-Cr-B-Si钎料钎焊金刚石表面碳化物的XRD图谱。
图4为本发明实施例分别采用纯Ni-Cr-B-Si钎料和掺杂2wt%CeSi2合金的复合Ni-Cr-B-Si钎料钎焊金刚石颗粒的拉曼光谱图谱。
具体实施方式
为了能更好的理解本发明所提供的技术方案，以下结合附图和实施例进一步说明本发明内容：
实施例的一种掺杂CeSi2合金的Ni基钎料，具有以下质量百分比的组分：Cr占7%，Si占4.5%、B占3%、Fe占3%、CeSi2占2%、其余为Ni。用其进行钎焊金刚石的具体操作如下：
称取9.8克Ni-Cr-B-Si粉末和0.2克CeSi2合金，在球磨机中混合球磨30 min，球磨机转速为1000r/min，球料比为10:1；用该制得的钎料和纯Ni-Cr-B-Si钎料分别在氩气保护的管式炉中，以1020℃的温度钎焊金刚石颗粒5 min，随炉冷却至室温后取出钎焊样品。
图1为本实施例的钎焊金刚石三维形貌图，可以看出(b)图掺杂CeSi2合金的钎料在金刚石表面的爬升现象比(a)图纯Ni-Cr-B-Si钎料更为明显；图2为本发明实施例钎焊金刚石的扫描电镜微观形貌图，可以看出金刚石与钎料界面结合良好，金刚石表面均生成了致密碳化物；图3为本发明实施例钎焊金刚石表面碳化物的XRD图谱，可以看出掺杂CeSi2合金的钎料与金刚石反应更加充分，金刚石表面生成了Cr3C2和Cr7C3多种化合物，而采用纯Ni-Cr-B-Si钎料钎焊的金刚石表面仅为Cr3C2，可见CeSi2合金的掺杂，有效促进了金刚石与Ni基钎料的界面化学冶金反应，实现了钎料对金刚石的高强度把持；图4为本发明实施例钎焊金刚石的拉曼光谱图谱，可以看出掺杂CeSi2合金的钎料钎焊金刚石的石墨化程度降低，热损伤得到了有效抑制。

Claims (7)

1.一种采用掺杂CeSi2合金的Ni基钎料钎焊得到的钎焊金刚石，其特征在于：由掺杂CeSi2合金的Ni基钎料在氩气保护的管式炉中，以低于1100℃的温度钎焊金刚石颗粒，保温时间少于30min所得，所述钎料由Ni-Cr-B-Si粉末与CeSi2合金机械球磨所得，组分包括Cr6～8wt％、Si 4～5wt％、B 2.75～3.5wt％、Fe 2.5～3.5wt％、CeSi2 1～3wt％、其余为Ni，在钎焊过程中，Ce原子能与Ni原子反应生成铈镍化合物，消耗部分镍原子。
2.根据权利要求1所述的一种采用掺杂CeSi2合金的Ni基钎料钎焊得到的钎焊金刚石，其特征在于：所述钎焊温度为1020～1070℃。
3.根据权利要求1所述的一种采用掺杂CeSi2合金的Ni基钎料钎焊得到的钎焊金刚石，其特征在于：所述保温时间为5～10min。
4.根据权利要求1所述的一种采用掺杂CeSi2合金的Ni基钎料钎焊得到的钎焊金刚石，其特征在于：所述钎焊金刚石表面生成Cr3C2和Cr7C3多种化合物，实现了钎料对金刚石的高强度把持。
5.根据权利要求1所述的一种采用掺杂CeSi2合金的Ni基钎料钎焊得到的钎焊金刚石，其特征在于：所述钎焊金刚石的石墨化得到了有效抑制。
6.根据权利要求1所述的一种采用掺杂CeSi2合金的Ni基钎料钎焊得到的钎焊金刚石，其特征在于：球磨机转速为1000r/min，球料比为10:1。
7.根据权利要求1所述的一种采用掺杂CeSi2合金的Ni基钎料钎焊得到的钎焊金刚石，其特征在于：球磨时间为30～60min。
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