CN114083175A - 一种条状焊料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种条状焊料及其制备方法，属于钎焊材料技术领域。本发明的条状焊料，包括条状钎料基体和金属骨架，所述金属骨架的部分或全部嵌设于所述条状钎料基体内，金属骨架嵌设于条状钎料基体内的部分沿条状钎料基体的长度方向延伸。本发明的条状焊料内部放置有金属骨架，可增强钎料基体的强度，在运输或使用过程中不易破碎，另外，钎涂过程中金属骨架熔化，可与钎料基体合金化。

Description

一种条状焊料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种条状焊料及其制备方法，属于钎焊材料技术领域。
背景技术
扶正器、钻孔机、推进器等油田设备要求具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，一般是在这些零件表面通过钎涂制备一层耐磨或耐蚀的金属或合金。常用的做法是将镍基钎料粉与硬质合金颗粒、粘结剂、有机物等制备成悬浮浆料，涂覆或粘在零件表面进行火焰钎涂，为防止母材、粉状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大量浪费，成本高且污染环境。另外一种方法是采用手工火焰焊，需手持条状焊料进行焊接，这种条状焊料通常由镍基钎料、硬质颗粒、钎剂、粘结剂等进行混合后通过压制成常规的条状或丝状而制成。但是，这种条状焊料比较脆，在运输或使用过程中易碎裂、脆断，严重影响钎料的使用性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种条状焊料，用于解决目前通过钎涂制备耐磨钎涂层时所用的条状焊料比较脆，在运输或使用过程中易碎裂、脆断的问题。
本发明的另一个目的在于提供一种条状焊料的制备方法。
为了实现上述目的，本发明的条状焊料所采用的技术方案为：
一种条状焊料，包括条状钎料基体和金属骨架，所述金属骨架的部分或全部嵌设于所述条状钎料基体内，金属骨架嵌设于条状钎料基体内的部分沿条状钎料基体的长度方向延伸。
本发明的条状焊料内部放置有金属骨架，可增强钎料基体的强度，在运输或使用过程中不易破碎，另外，钎涂过程中金属骨架熔化，可与钎料基体合金化。
优选地，所述金属骨架为金属弹簧。优选地，所述金属弹簧的形状为螺旋形或S形。优选地，所述金属弹簧的横截面积与条状焊料的横截面积之比为(1:3)-(3:4)。本发明的条状焊料的结构示意图如图1所示，其中1为金属螺旋弹簧，2为条状钎料基体。
金属骨架的材质可以选用纯金属也可以选用金属合金。金属骨架的熔点稍高于钎料基体的熔点，但在条状钎料基体的熔化温度下，因为弹簧丝较细，能慢慢熔解进入焊缝，并与条状钎料基体中的元素形成低熔合金。
优选地，所述金属骨架的部分或全部嵌设于所述条状钎料基体的中部。
优选地，所述金属弹簧的材质为纯镍或不锈钢。优选地，所述金属弹簧的丝径为0.8-1.2mm。进一步优选地，所述金属弹簧的丝径为0.8-1.0mm。
优选地，所述条状焊料的横截面为方形或圆形。
优选地，所述钎料基体主要由以下原料经过烧结制成：镍基合金、硬质颗粒和金属粘结剂。所述金属弹簧的节距大于用于制备钎料基体的原料的粒径，以便于金属弹簧的内部填充满钎料基体。
优选地，所述镍基合金、硬质颗粒和金属粘结剂的质量比为(80-92):(1-3):(5-12)。
进一步优选地，所述镍基合金、硬质颗粒和金属粘结剂的质量比为(83-92):(1-3):(5-10)。
优选地，所述镍基合金为镍基钎料合金。优选地，所述镍基合金选自BNi-1、BNi-2、BNi-3中的一种或任意组合。金属弹簧丝熔化后可以与元素B形成低熔合金。
优选地，所述硬质颗粒选自硬质金属颗粒、硬质合金颗粒、硬质无机颗粒中的一种或任意组合。硬质颗粒用来提高钎涂层的硬度和耐磨性能。
优选地，所述硬质颗粒选自YG8、WC、SiC中的一种或任意组合。
优选地，所述硬质颗粒为YG8。钎料基体内含少量硬质合金颗粒YG8，既可作普通钢基体(除锰钢外)的钎焊，也可作钢基体(除锰钢外)表面的耐磨涂层的制备。
优选地，所述硬质颗粒的粒径为80-120目。
金属粘结剂在加热时熔化，将硬质颗粒、镍基合金以及其他组分进行粘结。优选地，所述金属粘结剂的熔点为600-700℃。
优选地，所述金属粘结剂为含有磷元素的金属合金。
优选地，所述金属粘结剂选自CuSn7P7Ni1.5、CuSn7P8Ni1.5、CuSn7P8Ni1中的一种或任意组合。
优选地，所述原料还包括铜锂合金。用于制备焊料的金属粘结剂中含有P，铜锂合金中含有Li，同时镍基合金中含有B，在高温钎涂过程中，这些元素既脱氧、又去膜，从而使焊料具有较好自钎性能，本发明的焊料不含钎剂和常规粘结剂，且具有自钎性，符合节材环保要求。
优选地，所述硬质颗粒和铜锂合金的质量比为(1-3):(3-5)。
优选地，所述铜锂合金为CuLi10。由Cu-Co二元相图知，当硬质颗粒YG8与CuLi10的质量比为(1-3):(3-5)时，CuLi10中Cu与YG8中Co可形成强韧的Cu-Co合金，增强涂层中硬质颗粒的结合强度，提高涂层的强韧性。
本发明的条状焊料的制备方法所采用的技术方案为：
一种条状焊料的制备方法，包括以下步骤：首先将金属骨架放入模具型腔中，然后将用于制备条状钎料基体的原料填入模具型腔中，再进行烧结，即得。
本发明的条状焊料的制备方法操作简单，制备的条状焊料在运输或使用过程中不易破碎，另外，钎涂过程中金属骨架可以熔化，与钎料基体合金化。
优选地，所述烧结在保护气氛下进行。
优选地，所述保护气氛为氩气气氛。
优选地，所述烧结的温度为650-700℃。优选地，所述烧结的时间为3-5min。优选地，所述烧结的压力为6-10Mpa。优选地，升温至所述烧结的温度的升温速率为10-30℃/min。
附图说明
图1为本发明条状焊料的结构示意图，其中，附图标记如下：1-金属螺旋弹簧，2-条状钎料基体；
图2为实施例6制备的条状焊料的外观图；
图3为采用BNi-2钎料匹配钎剂在普通碳钢表面制备钎涂层的形貌；
图4为采用实施例6制备的条状焊料在普通碳钢表面制备钎涂层的形貌；
图5为采用实施例7制备的条状焊料在普通碳钢表面制备钎涂层的形貌；
图6为采用实施例8制备的条状焊料在普通碳钢表面制备钎涂层的形貌；
图7为采用实施例9制备的条状焊料在普通碳钢表面制备钎涂层的形貌；
图8为采用实施例10制备的条状焊料在普通碳钢表面制备钎涂层的形貌；
图9为对比例制备的条状焊料在自由落体试验后的形貌；
图10为实施例10制备的条状焊料在自由落体试验后的形貌。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步说明。
一、本发明的条状焊料的具体实施例如下：
实施例1
本实施例的条状焊料，包括条状钎料基体和金属骨架，所述金属骨架全部嵌设于所述条状钎料基体内，金属骨架嵌设于条状钎料基体内的部分沿条状钎料基体的长度方向延伸，所述金属骨架为金属弹簧，所述金属弹簧的形状为螺旋形，所述金属弹簧的材质为不锈钢，弹簧丝径为0.8mm，所述条状钎料基体由镍基合金、硬质颗粒、铜锂合金和金属粘结剂经过烧结制成，所述镍基合金、硬质颗粒、铜锂合金和金属粘结剂的质量比为92:1:2:5，所述镍基合金为BNi-1，所述硬质颗粒为YG8，所述YG8的粒径为80目，所述铜锂合金为CuLi10，所述金属粘结剂为CuSn7P7Ni1.5，本实施例的条状焊料的横截面为方形，金属螺旋弹簧的横截面积与条状焊料的横截面积之比为1:3。
实施例2
本实施例的条状焊料，包括条状钎料基体和金属骨架，所述金属骨架全部嵌设于所述条状钎料基体内，金属骨架嵌设于条状钎料基体内的部分沿条状钎料基体的长度方向延伸，所述金属骨架为金属弹簧，所述金属弹簧的形状为螺旋形，所述金属弹簧的材质为纯镍，弹簧丝径为0.9mm，所述条状钎料基体由镍基合金、硬质颗粒、铜锂合金和金属粘结剂经过烧结制成，所述镍基合金、硬质颗粒、铜锂合金和金属粘结剂的质量比为89:2:3:6，所述镍基合金为BNi-2，所述硬质颗粒为YG8，所述YG8的粒径为120目，所述铜锂合金为CuLi10，所述金属粘结剂为CuSn7P8Ni1.5，本实施例的条状焊料的横截面为圆形，金属螺旋弹簧的横截面积与条状焊料的横截面积之比为3:4。
实施例3
本实施例的条状焊料，包括条状钎料基体和金属骨架，所述金属骨架全部嵌设于所述条状钎料基体内，金属骨架嵌设于条状钎料基体内的部分沿条状钎料基体的长度方向延伸，所述金属骨架为金属弹簧，所述金属弹簧的形状为S形，所述金属弹簧的材质为纯镍，弹簧丝径为0.9mm，所述条状钎料基体由镍基合金、硬质颗粒、铜锂合金和金属粘结剂经过烧结制成，所述镍基合金、硬质颗粒、铜锂合金和金属粘结剂的质量比为85:3:4:8，所述镍基合金为BNi-3，所述硬质颗粒为YG8，所述YG8的粒径为100目，所述铜锂合金为CuLi10，所述金属粘结剂为CuSn7P8Ni1，本实施例的条状焊料的横截面为方形，金属螺旋弹簧的横截面积与条状焊料的横截面积之比为1:2。
实施例4
本实施例的条状焊料，包括条状钎料基体和金属骨架，所述金属骨架全部嵌设于所述条状钎料基体内，金属骨架嵌设于条状钎料基体内的部分沿条状钎料基体的长度方向延伸，所述金属骨架为金属弹簧，所述金属弹簧的形状为螺旋形，所述金属弹簧的材质为纯镍，弹簧丝径为1.0mm，所述条状钎料基体由镍基合金、硬质颗粒、铜锂合金和金属粘结剂经过烧结制成，所述镍基合金、硬质颗粒、铜锂合金和金属粘结剂的质量比为86:2:3.5:8.5，所述镍基合金由BNi-2，所述硬质颗粒为YG8，所述YG8的粒径为90目，所述铜锂合金为CuLi10，所述金属粘结剂由CuSn7P7Ni1.5，本实施例的条状焊料的横截面为方形，金属螺旋弹簧的横截面积与条状焊料的横截面积之比为3:4。
实施例5
本实施例的条状焊料，包括条状钎料基体和金属骨架，所述金属骨架全部嵌设于所述条状钎料基体内，金属骨架嵌设于条状钎料基体内的部分沿条状钎料基体的长度方向延伸，所述金属骨架为金属弹簧，所述金属弹簧的形状为螺旋形，所述金属弹簧的材质为纯镍，弹簧丝径为0.8mm，所述条状钎料基体由镍基合金、硬质颗粒、铜锂合金和金属粘结剂经过烧结制成，所述镍基合金、硬质颗粒、铜锂合金和金属粘结剂的质量比为80:3:5:12，所述镍基合金为BNi-3，所述硬质颗粒为YG8，所述YG8的粒径为110目，所述铜锂合金为CuLi10，所述金属粘结剂为CuSn7P8Ni1.5，本实施例的条状焊料的横截面为方形，金属螺旋弹簧的横截面积与条状焊料的横截面积之比为1:3。
二、本发明的条状焊料的制备方法的具体实施例如下：
实施例6
本实施例的条状焊料的制备方法得到的是实施例1的条状焊料，包括以下步骤：
按照实施例1中的配方量称取镍基合金、硬质颗粒、铜锂合金和金属粘结剂，然后使用球磨机进行球磨混合，得到混合粉体，再将金属骨架放入模具型腔中，然后将混合粉体填入模具型腔中，最后烧结成型，即得；所述金属骨架为丝径为0.8mm的螺旋形不锈钢弹簧，不锈钢弹簧的节距大于混合粉体的粒径，所述烧结在氩气气氛下进行，所述烧结的条件为：烧结温度为650℃，烧结时间为5min，烧结压力为8Mpa，升温速率为10℃/min，本实施例制备的条状焊料的外观如图2所示。
实施例7
本实施例的条状焊料的制备方法得到的是实施例2的条状焊料，包括以下步骤：
按照实施例2中的配方量称取镍基合金、硬质颗粒、铜锂合金和金属粘结剂，然后使用球磨机进行球磨混合，得到混合粉体，再将金属骨架放入模具型腔中，然后将混合粉体填入模具型腔中，最后烧结成型，即得；所述金属骨架为丝径为0.9mm的螺旋形纯镍弹簧，纯镍弹簧的节距大于混合粉体的粒径，所述烧结在氩气气氛下进行，所述烧结的条件为：烧结温度为700℃，烧结时间为3min，烧结压力为10Mpa，升温速率为30℃/min。
实施例8
本实施例的条状焊料的制备方法得到的是实施例3的条状焊料，包括以下步骤：
按照实施例3中的配方量称取镍基合金、硬质颗粒、铜锂合金和金属粘结剂，然后使用球磨机进行球磨混合，得到混合粉体，再将金属骨架放入模具型腔中，然后将混合粉体填入模具型腔中，最后烧结成型，即得；所述金属骨架为丝径为0.9mm的S形纯镍弹簧，纯镍弹簧的节距大于混合粉体的粒径，所述烧结在氩气气氛下进行，所述烧结的条件为：烧结温度为675℃，烧结时间为4min，烧结压力为6Mpa，升温速率为20℃/min。
实施例9
本实施例的条状焊料的制备方法得到的是实施例4的条状焊料，包括以下步骤：
按照实施例4中的配方量称取镍基合金、硬质颗粒、铜锂合金和金属粘结剂，然后使用球磨机进行球磨混合，得到混合粉体，再将金属骨架放入模具型腔中，然后将混合粉体填入模具型腔中，最后烧结成型，即得；所述金属骨架为丝径为1.0mm的螺旋形纯镍弹簧，纯镍弹簧的节距大于混合粉体的粒径，所述烧结在氩气气氛下进行，所述烧结的条件为：烧结温度为690℃，烧结时间为3min，烧结压力为7Mpa，升温速率为15℃/min。
实施例10
本实施例的条状焊料的制备方法得到的是实施例5的条状焊料，包括以下步骤：
按照实施例5中的配方量称取镍基合金、硬质颗粒、铜锂合金和金属粘结剂，然后使用球磨机进行球磨混合，得到混合粉体，再将金属骨架放入模具型腔中，然后将混合粉体填入模具型腔中，最后烧结成型，即得；所述金属骨架为丝径为0.8mm的螺旋形纯镍弹簧，纯镍弹簧的节距大于混合粉体的粒径，所述烧结在氩气气氛下进行，所述烧结的条件为：烧结温度为660℃，烧结时间为4min，烧结压力为9Mpa，升温速率为25℃/min。
对比例
本对比例与实施例7的区别仅在于，不放置金属骨架。
实验例1钎涂性能
分别采用BNi-2钎料匹配钎剂(硼砂)和实施例6至实施例10制备的条状焊料在普通碳钢表面制备钎涂层，对比涂层形貌，结果如图3、图4、图5、图6、图7和图8所示。从图3至图8可以看出，两种方法在普通碳钢表面制备的钎涂层的形貌相差不大，均较致密，证明本发明制备的条状焊料可以实现碳钢上钎涂层的制备。
然后使用120度圆锥金刚石压头测试得到的钎涂层的HRC值(150公斤力)，各样品均测试5次取平均值，采用BNi-2钎料匹配钎剂(硼砂)制备的条状焊料在普通碳钢表面制备的钎涂层的HRC值为28.5，采用实施例6、实施例7、实施例8、实施例9和实施例10制备的条状焊料在普通碳钢表面制备的钎涂层的HRC值分别为44.5、52、48、47.5和50.4。
实验例2脆性
在实施例6至实施例10制备的条状焊料中，实施10的制备方法中加入硬质颗粒的比例最大，条状焊料中的硬质颗粒越多，条状焊料的硬度和脆性就越大，因此，通过测试实施例10和对比例制备的条状焊料即可知晓本发明制备的条状焊料的脆性大小。
将对比例和实施例10制备的条状焊料以同样的方式自1.5米的高台做自由落体试验(下方为厚钢板)，重复进行5次，实验结果如图9和图10所示，从图9和图10中可以看出，对比例制备的条状焊料已经碎裂成几段，而实施例10制备的条状焊料只有端部有局部脱落，漏出弹簧丝，整体完好无损，表明本发明制备的条状焊料的脆性较小。

Claims (10)

1.一种条状焊料，其特征在于，包括条状钎料基体和金属骨架，所述金属骨架的部分或全部嵌设于条状钎料基体内，金属骨架嵌设于条状钎料基体内的部分沿条状钎料基体的长度方向延伸。
2.如权利要求1所述的条状焊料，其特征在于，所述金属骨架为金属弹簧；所述金属弹簧的形状为螺旋形或S形。
3.如权利要求2所述的条状焊料，其特征在于，所述金属弹簧的材质为纯镍或不锈钢；所述金属弹簧的丝径为0.8-1.2mm。
4.如权利要求1所述的条状焊料，其特征在于，所述钎料基体主要由以下原料经过烧结制成：镍基合金、硬质颗粒和金属粘结剂。
5.如权利要求4所述的条状焊料，其特征在于，所述镍基合金、硬质颗粒和金属粘结剂的质量比为(80-92):(1-3):(5-12)。
6.如权利要求4所述的条状焊料，其特征在于，所述镍基合金为镍基钎料合金；所述镍基合金选自BNi-1、BNi-2、BNi-3中的一种或任意组合。
7.如权利要求4所述的条状焊料，其特征在于，所述硬质颗粒选自YG8、WC、SiC中的一种或任意组合。
8.如权利要求4所述的条状焊料，其特征在于，所述金属粘结剂选自CuSn7P7Ni1.5、CuSn7P8Ni1.5、CuSn7P8Ni1中的一种或任意组合。
9.如权利要求4所述的条状焊料，其特征在于，所述原料还包括铜锂合金；所述硬质颗粒和铜锂合金的质量比为(1-3):(3-5)。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的条状焊料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先将金属骨架放入模具型腔中，然后将用于制备条状钎料基体的原料填入模具型腔中，再进行烧结，即得；所述烧结的温度为650-700℃；烧结的时间为3-5min；烧结的压力为6-10Mpa；升温至所述烧结的温度的升温速率为10-30℃/min。
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