CN114952076B - 镍基钎料及其制备方法、应用 - Google Patents

镍基钎料及其制备方法、应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镍基钎料及其制备方法、应用，涉及焊接技术领域。该焊接钎料按重量百分比计，其化学成分包括：6.0～8.5％的Cr、1.5～3.0％的Co、1.0～2.5％的Mo、1.0～3.5％的W、3.5～6.0％的Si、2.5～4.0％的B、2.0～3.5％的Fe、1.5～3.5％的Mn、3.5～6.0％的Cu、3.0～5.5％的Zn、1.0～3.5％的Re以及余量的镍。通过控制上述各合金元素的添加量，使得其中的元素能够互相配合，提高钎料的润湿性，抑制焊缝中η相的长大，细化焊接接头的组织晶粒，具有优异的高温力学性能的同时还能提高焊接接头的塑性、韧性和结合强度，具有显著的优势。

Description

镍基钎料及其制备方法、应用
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体而言，涉及一种镍基钎料及其制备方法、应用。
背景技术
硬质合金由于具有高硬度、耐磨、耐高温、强度和韧性较好等优点，而被广泛应用于制备各种切削用具、冲压、磨具、量具和耐磨零件等领域。但是由于硬质合金造价较贵、制造加工困难，使得其应用范围受到了一定的限制。将硬质合金与价格便宜、质量较轻、力学性能优异的钢基体连接起来使用，具有非常重要的意义。
目前硬质合金与钢的连接主要采用焊接的方式，包括钎焊、扩散焊、激光焊及电弧焊等。其中钎焊工艺简单，得到的焊缝韧性较好，但是在焊缝区会产生很大的残余应力，导致在硬质合金上产生裂纹，因此在焊接时钎料的选择尤为关键，钎料应同时具有较好的润湿作用和缓解接头残余应力的作用。常用的钎料有Cu基钎料和Ag基钎料。其中，Cu基和Ag基钎料熔点都比较低，限制了钎焊接头的服役温度，尤其是对于钢基体材料，其经过长时间的钎焊及扩散焊高温焊接工艺后，其硬度及相关力学性能均有所降低，需要对焊后的材料进行焊后热处理，其中碳钢、合金钢及高速钢的热处理温度可达到1100～1200℃，Cu基和Ag基钎料无法耐高热导致其不适用于作为硬质合金与钢基体的焊接钎料使用，而且目前的商用Ni基钎料无法满足硬质合金与钢的焊接接头所需的焊接强度，容易造成产品质量问题。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镍基钎料及其制备方法、应用。
本发明是这样实现的：
第一方面，本发明提供一种镍基钎料，按重量百分比计，其化学成分包括：6.0～8.5％的Cr、1.5～3.0％的Co、1.0～2.5％的Mo、1.0～3.5％的W、3.5～6.0％的Si、2.5～4.0％的B、2.0～3.5％的Fe、1.5～3.5％的Mn、3.5～6.0％的Cu、3.0～5.5％的Zn、1.0～3.5％的Re以及余量的镍。
在可选的实施方式中，按重量百分比计，其化学成分包括：6.0～7.0％的Cr、2.0～3.0％的Co、2.0～2.5％的Mo、2.0～3.0％的W、4.0～5.0％的Si、2.5～3.5％的B、2.0～3.0％的Fe、2.0～3.0％的Mn、5.0～6.0％的Cu、4.5～5.5％的Zn、2.5～3.5％的Re以及余量的镍。
在可选的实施方式中，镍基钎料的形状为粉状或带状的任一种。
优选地，粉状镍基钎料为球形粉末，平均粒径为200～600目。
优选地，带状镍基钎料的厚度为40～80μm，宽度为10～50mm。
第二方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项的镍基钎料的制备方法，包括：按重量百分比将Cr、Co、Mo、W、Si、B、Fe、Mn、Cu、Zn、Re和Ni混合制备。
在可选的实施方式中，包括将镍基钎料制备成粉状或带状。
在可选的实施方式中，制备粉状的镍基钎料包括：按重量百分比将Cr、Co、Mo、W、Si、B、Fe、Mn、Cu、Zn、Re和Ni混合后，依次采用真空熔炼及气雾化和超声波筛分制备得到粉状镍基钎料。
优选地，真空熔炼及气雾化包括：在真空雾化设备中，加热金属原料使其熔化得到熔融液，使用吹扫气体将熔融液破碎成小液滴，小液滴冷却、凝固得到半成品粉状镍基钎料。
优选地，控制真空雾化设备内的真空度低于3×10-2Pa，再充入氩气至设备内压力达到0.1～0.3MPa。
优选地，加热金属原料至1330～1500℃，保温10min～20min，控制熔融液的流出速率为5～10kg/min，吹扫气体的压力为3～5MPa。
优选地，超声波筛分包括将半成品粉状镍基钎料进行超声波振动筛分，工作频率为18～40KHz，环境温度25～40℃，超声波振动筛的筛网目数为100～325目，工作模式为连续模式。
在可选的实施方式中，制备带状的镍基钎料包括：按重量百分比将Cr、Co、Mo、W、Si、B、Fe、Mn、Cu、Zn、Re和Ni按比例混合后，依次采用真空熔炼和快淬制备得到带状镍基钎料。
优选地，真空熔炼包括：在真空雾化设备中，加热金属原料使其熔化得到熔融液，浇注熔融液并冷却到室温，得到合金铸锭。
优选地，控制真空雾化设备内的真空度低于3×10-2Pa，再充入氩气至设备内压力达到0.1～0.3MPa，加热金属原料至1330～1500℃，保温10min～20min。
优选地，真空熔炼后还包括对合金铸锭进行切割和清洗。
优选地，快淬包括将合金铸锭放入单辊甩带机内加热熔化，充分熔炼后通过喷嘴喷至铜棍表面甩带成形。
优选地，熔炼温度为1350～1450℃，熔炼时间为5～10min，铜辊的线速度为30～40m×s-1，喷嘴与铜辊之间的距离为0.4～0.7mm，喷嘴的直径为0.8～1.5mm，喷嘴宽度为10～50mm，喷嘴内外的压力差为20～50Kpa；
优选地，快淬工艺的铜辊的线速度为30～35m×s-1，喷嘴与铜辊之间的距离为0.5～0.6mm，喷嘴的口径为0.9～1.1mm，喷嘴宽度为10～50mm，喷嘴内外的压力差为35～40Kpa。
第三方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项的镍基钎料在焊接硬质合金与钢基体的应用。
在可选的实施方式中，焊接包括钎焊、扩散焊、激光焊或电弧焊的任一种；优选为钎焊或扩散焊。
在可选的实施方式中，钎焊的焊接温度为1200～1300℃，压力为0.05～0.2MPa，保温时间为10～60min。
优选地，扩散焊的焊接温度1200～1300℃，压力为1～5MPa，保温时间为60～180min。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种镍基钎料及其制备方法、应用，通过在钎料中加入Co、Mn、Zn、Cr、Cu等合金元素提高了钎料的润湿性，同时抑制焊缝中η相的长大，提高焊缝强度，防止钎焊裂纹的产生，可以有效地提高焊接接头处焊缝的性能。钎料中添加的B元素有细化晶粒的作用，添加微量的B，能够使焊接接头的组织晶粒细小，提高接头的塑性和韧性的同时，还能提高接头的强度。Re原子具有低扩散系数、高的扩散激活能、大的原子半径、在基体中以原子团簇存在等特殊的性质，使得含Re的钎料在焊接完成后具有优异的高温力学性能。同时，本发明通过控制各合金元素的添加量，使得其中的元素能够互相配合，制备得到的镍基钎料不仅能够耐高温，还能够显著提高焊接接头的结合强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例1制备得到的镍基粉末钎料的扫描电镜图；
图2为本发明实施例2制备得到的带状的镍基钎料的实物图；
图3为本发明实施例1制备得到的镍基钎料经试验例1方法焊接后得到的焊接接头处扫描电镜图；
图4为本发明实施例2制备得到的镍基钎料经试验例2方法焊接后得到的焊接接头处扫描电镜图。
图标：100-M2高速钢；200-YG6X硬质合金；300-焊接接头；400-YG8硬质合金。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
现有技术中，硬质合金与钢的焊接过程中容易出现焊缝区产生较大的残余应力，导致可能会在硬质合金上产生裂纹，或者受制于加工条件，只能焊接一些结构简单的复合工件。基于此，发明人经过大量实践和研究提出了以下方案。
第一方面，本发明提供一种镍基钎料，按重量百分比计，其化学成分包括：6.0～8.5％的Cr、1.5～3.0％的Co、1.0～2.5％的Mo、1.0～3.5％的W、3.5～6.0％的Si、2.5～4.0％的B、2.0～3.5％的Fe、1.5～3.5％的Mn、3.5～6.0％的Cu、3.0～5.5％的Zn、1.0～3.5％的Re以及余量的镍。
本发明通过在钎料中加入Co、Mn、Zn、Cr、Cu等合金元素提高了钎料的润湿性，同时抑制焊缝中η相的长大，提高焊缝强度，防止钎焊裂纹的产生，可以有效地提高接头处焊缝的性能。
钎料中添加的B元素有细化晶粒的作用，添加微量的B，能够使接头组织晶粒细小，提高接头的塑性和韧性的同时，还能提高接头的强度。
Re原子具有低扩散系数、高的扩散激活能、大的原子半径、在基体中以原子团簇存在等特殊的性质，使得含Re的钎料在焊接完成后具有优异的高温力学性能。
W元素的加入，能够细化焊缝合金组织，同时在超过溶解度时形成与焊接金属界面层产生的M6C型碳化物，适量的碳化物相可以增加接头的结合强度，但过量的W元素添加也会导致过多的碳化物相生成，继而影响接头的结合强度。
Fe元素的添加可以增加钎料在硬质合金及钢基体上的润湿铺展能力，过量Fe元素的添加会生产大量的M6C型η脆性相形成元素，导致了M6C型η脆性相的形成，影响接头的力学性能。
本发明通过控制各合金元素的添加量，使得其中的元素能够互相配合，制备得到的镍基钎料不仅能够耐高温，还能够显著提高焊接接头的结合强度。
在可选的实施方式中，按重量百分比计，其化学成分包括：6.0～7.0％的Cr、2.0～3.0％的Co、2.0～2.5％的Mo、2.0～3.0％的W、4.0～5.0％的Si、2.5～3.5％的B、2.0～3.0％的Fe、2.0～3.0％的Mn、5.0～6.0％的Cu、4.5～5.5％的Zn、2.5～3.5％的Re以及余量的镍。
在可选的实施方式中，镍基钎料的形状为粉状或带状的任一种。在其他实施方式中，镍基钎料也可以制备成块状、颗粒状等，只要能够在焊接过程中用作钎料即可，本发明对其具体形状不做限定。
优选地，粉状的镍基钎料为球形粉末，平均粒径为200～600目。
优选地，带状的镍基钎料的厚度为40～80μm，宽度为10～50mm。在其他实施方式中，带状的镍基钎料的厚度和宽度也可以根据需要设置为其他范围值，只要能够作为焊接钎料使用即可，其具体形状、大小本发明不做限定。
优选地，带状的镍基钎料可以通过卷绕的方式存放，节约了存放空间，便于使用和收纳。
第二方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项的镍基钎料的制备方法，包括：按重量百分比将Cr、Co、Mo、W、Si、B、Fe、Mn、Cu、Zn、Re和Ni混合制备。
在可选的实施方式中，包括将镍基钎料制备成粉状或带状。
在可选的实施方式中，制备粉状的镍基钎料包括：按重量百分比将Cr、Co、Mo、W、Si、B、Fe、Mn、Cu、Zn、Re和Ni混合后，依次采用真空熔炼及气雾化和超声波筛分制备得到粉状镍基钎料。
具体地，制备粉状的镍基钎料包括：在真空雾化设备中，按重量百分比将Cr、Co、Mo、W、Si、B、Fe、Mn、Cu、Zn、Re和Ni在坩埚中混合，将真空雾化设备的真空度降至低于3×10- 2Pa，再充入氩气至设备内压力达到0.1～0.3MPa。加热金属原料使其熔化得到熔融液，当熔融液的温度达到1330～1500℃时，保温10min～20min，加热漏包至800～1100℃，将保温完成的熔融液倒入漏包中，沿漏包流入其底部的导液管，将熔融液以5kg/min～10kg/min的质量流率经导流管流下，用3MPa～5MPa的高压、高纯氩气将金属液流破碎成细小液滴，液滴在飞行降落过程中冷凝成球形粉末。在高纯氩气气氛下采用超声波振动筛分球形粉末，超声波振动筛分的工作频率18～40KHz，环境温度25～40℃，超声波振动筛的筛网目数为100～325目，工作模式为连续模式，得到中粉粒径为300～500目、粗粉粒径为小于300目和细粉粒径大于500目的粉末，本发明仅取超声波筛分得到的中粉作为粉状的镍基钎料。
在可选的实施方式中，制备带状的镍基钎料包括：按重量百分比将Cr、Co、Mo、W、Si、B、Fe、Mn、Cu、Zn、Re和Ni按比例混合后，依次采用真空熔炼和快淬制备得到带状镍基钎料。
具体地，在真空雾化设备中，按重量百分比将Cr、Co、Mo、W、Si、B、Fe、Mn、Cu、Zn、Re和Ni在坩埚中混合，将真空雾化设备的真空度降至低于3×10-2Pa，再充入氩气至设备内压力达到0.1～0.3MPa。加热金属原料使其熔化得到熔融液，当熔融液的温度达到1330～1500℃时，保温10min～20min，浇注熔融液并冷却到室温，得到合金铸锭。
将合金铸锭进行切割和清洗，切割是通过线切割，以形成长条形合金铸锭；清洗是对长条形合金铸锭进行喷砂处理，然后分别采用丙酮和酒精进行超声清洗，每次清洗时间为5～10min。
将清洗好的长条形合金铸锭放入单辊甩带机内进行快淬，在石英玻璃管喷嘴的位置放置塞棒，预抽真空，然后在低真空条件下加热至完全熔化，熔化后继续熔炼，在1350～1450℃温度区间下熔炼5～10min，使合金充分熔化；打开塞棒，充氩气至0.02～0.05MPa，将合金熔体经过喷嘴均匀喷射到铜辊上，使合金快速冷却甩带成形。其中，铜辊的线速度为30～40m×s-1，喷嘴与铜辊之间的距离为0.4～0.7mm，喷嘴的口径为0.8～1.5mm，喷嘴宽度为10～50mm，甩带时石英管的内外压力差为20～50Kpa。
优选地，铜辊的线速度为30～35m×s-1，喷嘴与铜辊之间的距离为0.5～0.6mm，喷嘴的口径为0.9～1.1mm，喷嘴宽度为10～50mm，甩带时石英管的内外压力差为35～40Kpa。
第三方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项的镍基钎料在焊接硬质合金与钢基体的应用。
优选地，钢基体包括碳钢、合金钢和高速钢的任一种，更优选地，钢基体为高速钢。
在可选的实施方式中，焊接包括钎焊、扩散焊、激光焊或电弧焊的任一种；优选为钎焊或扩散焊。
在可选的实施方式中，为了保证焊接接头的强度，钎焊的焊接温度为1200～1300℃，压力为0.05～0.2MPa，保温时间为10～60min。
优选地，为了保证焊接接头的强度，扩散焊的焊接温度1200～1300℃，压力为1～5MPa，保温时间为60～180min。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种镍基钎料，按重量百分比计，其化学成分包括：6.8％的Cr、2.9％的Co、2.2％的Mo、2.5％的W、4.5％的Si、3.1％的B、2.2％的Fe、2.6％的Mn、5.4％的Cu、4.9％的Zn、2.7％的Re以及余量的镍。
该镍基钎料的形状为粉状，平均粒径为300～500目，制备方法如下：
按重量百分比将Cr、Co、Mo、W、Si、B、Fe、Mn、Cu、Zn、Re和Ni混合后，依次采用真空熔炼及气雾化和超声波筛分制备得到粉状镍基钎料。
具体地，在真空雾化设备中，按重量百分比将Cr、Co、Mo、W、Si、B、Fe、Mn、Cu、Zn、Re和Ni在坩埚中混合，将真空雾化设备的真空度降至低于3×10-2Pa，再充入氩气至设备内压力达到0.1MPa。加热金属原料使其熔化得到熔融液，当熔融液的温度达到1400℃时，保温15min，加热漏包至1000℃，将保温完成的熔融液倒入漏包中，沿漏包流入其底部的导液管，将熔融液以8kg/min的质量流率经导流管流下，用4MPa的高压、高纯氩气将金属液流破碎成细小液滴，液滴在飞行降落过程中冷凝成球形粉末。在高纯氩气气氛下采用超声波振动筛分球形粉末，超声波振动筛分的工作频率36KHz，环境温度30℃，超声波振动筛的筛网目数为300～500目，工作模式为连续模式，得到中粉粒径为300～500目、粗粉粒径为小于300目和细粉粒径大于500目的粉末，本实施例中仅取超声波筛分得到的中粉作为粉状的镍基钎料。
将本实施例制备得到的粉状的镍基钎料置于扫描电子显微镜下观察，得到如图1所示结果，可以发现镍基钎料的颗粒形状规则，且均处于纳米尺度。
实施例2
本实施例提供了一种镍基钎料，按重量百分比计，其化学成分包括：6.5％的Cr、2.5％的Co、2.5％的Mo、2.6％的W、4.5％的Si、3.0％的B、2.5％的Fe、2.5％的Mn、5.5％的Cu、4.9％的Zn、2.9％的Re以及余量的镍。
该镍基钎料的形状为带状，厚度为50μm，宽度为50mm，制备方法如下：
按重量百分比将Cr、Co、Mo、W、Si、B、Fe、Mn、Cu、Zn、Re和Ni混合后，依次采用真空熔炼和快淬制备得到带状镍基钎料。
具体地，在真空雾化设备中，按重量百分比将Cr、Co、Mo、W、Si、B、Fe、Mn、Cu、Zn、Re和Ni在坩埚中混合，将真空雾化设备的真空度降至低于3×10-2Pa，再充入氩气至设备内压力达到0.1MPa。加热金属原料使其熔化得到熔融液，当熔融液的温度达到1400℃时，保温15min，浇注熔融液并冷却到室温，得到合金铸锭。
将合金铸锭进行切割和清洗，切割是通过线切割，以形成长条形合金铸锭；清洗是对长条形合金铸锭进行喷砂处理，然后分别采用丙酮和酒精进行超声清洗，丙酮清洗时间为10min，酒精清洗时间为5min。
将清洗好的长条形合金铸锭放入单辊甩带机内进行快淬，在石英玻璃管喷嘴的位置放置塞棒，预抽真空，然后在低真空条件下加热至完全熔化，熔化后继续熔炼，在1400℃温度区间下熔炼10min，使合金充分熔化；打开塞棒，充氩气至0.035MPa，将合金熔体经过喷嘴均匀喷射到铜辊上，使合金快速冷却甩带成形。其中，铜辊的线速度为35m×s-1，喷嘴与铜辊之间的距离为0.6mm，喷嘴的口径为1.0mm，喷嘴宽度为50mm，甩带时石英管的内外压力差为40Kpa。
将制备得到的带状镍基钎料卷绕成形，得到如图2所示结果，由图可知，所得带状的镍基钎料表面光滑，便于按需剪裁使用。
实施例3
本实施例提供了一种镍基钎料，按重量百分比计，其化学成分包括：6.5％的Cr、2.5％的Co、2.5％的Mo、2.6％的W、4.5％的Si、3.0％的B、2.5％的Fe、2.5％的Mn、5.5％的Cu、4.9％的Zn、2.9％的Re以及余量的镍。
该镍基钎料的形状为粉状，平均粒径为300～500目，制备方法如下：
按重量百分比将Cr、Co、Mo、W、Si、B、Fe、Mn、Cu、Zn、Re和Ni混合后，依次采用真空熔炼及气雾化和超声波筛分制备得到粉状镍基钎料，其制备方法与实施例1一样。
实施例4
本实施例提供了一种镍基钎料，按重量百分比计，其化学成分包括：6.5％的Cr、2.5％的Co、2.5％的Mo、2.6％的W、4.5％的Si、2.5％的B、2.5％的Fe、2.5％的Mn、5.5％的Cu、5.0％的Zn、3.0％的Re以及余量的镍。
该镍基钎料的形状为带状，厚度为50μm，宽度为40mm，制备方法与实施例3一样。
对比例1
本对比例提供了一种镍基钎料，按重量百分比计，其化学成分包括：6.8％的Cr、2.9％的Co、2.2％的Mo、2.5％的W、4.5％的Si、3.1％的B、2.2％的Fe、2.6％的Mn、5.4％的Cu、4.9％的Zn以及余量的镍。
该镍基钎料的形状为粉状，平均粒径为300～500目，制备方法与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供了一种镍基钎料，按重量百分比计，其化学成分包括：6.5％的Cr、2.5％的Co、2.5％的Mo、2.6％的W、4.5％的Si、3.0％的B、2.5％的Fe、2.5％的Mn、5.5％的Cu、2.9％的Re以及余量的镍。
该镍基钎料的形状为带状，制备方法与实施例2相同。
对比例3
本对比例提供了一种镍基钎料，按重量百分比计，其化学成分包括：6.5％的Cr、2.5％的Co、2.5％的Mo、7.5％的W、4.5％的Si、3.0％的B、6.8％的Fe、2.5％的Mn、5.5％的Cu、4.9％的Zn、2.9％的Re以及余量的镍。
该镍基钎料的形状为粉状，平均粒径为300～500目，制备方法与实施例3相同。
对比例4
本对比例提供了一种镍基钎料，按重量百分比计，其化学成分包括：6.5％的Cr、0.5％的Co、2.5％的Mo、2.6％的W、4.5％的Si、2.5％的B、2.5％的Fe、2.5％的Mn、5.5％的Cu、0.5％的Zn、3.0％的Re以及余量的镍。
该镍基钎料的形状为带状，制备方法与实施例4相同。
对比例5
本对比例提供了一种镍基钎料，其化学成分与实施例2相似，区别仅在于镍基钎料的制备方法不同：铜辊的线速度为25m×s-1，喷嘴与铜辊之间的距离为0.8mm，喷嘴的口径为1.5mm，喷嘴宽度为50mm，甩带时石英管的内外压力差为35Kpa。
制得的镍基钎料的厚度为100μm，宽度为50mm。
试验例1
将实施例1和对比例1制备得到的镍基钎料以及商用Ni-1片状钎料应用于焊接YG6X硬质合金和M2高速钢，焊接方法为真空钎焊，焊接温度为1220℃，压力0.1MPa，保温时间30min。
将采用实施例1制得的镍基钎料焊接YG6X硬质合金200和M2高速钢100的焊接接头300置于扫描电子显微镜下观察，得到如图3所示结果，可以发现实施例1制得的镍基钎料能够较好地融合YG6X硬质合金200与M2高速钢100，焊接接头300连接紧固。
对实施例1和对比例1制备得到的镍基钎料以及商用Ni-1片状钎料焊接后YG6X硬质合金和M2高速钢的焊接接头性能进行检测，得到如表1所示结果。
表1不同钎料焊接接头性能检测
钎料类型 实施例1 对比例1 Ni-1片状钎料
焊接接头剪切强度 436.5MPa 316.5MPa 317.8MPa
可以发现，对比例1制备的钎料应用于YG6X硬质合金和M2高速钢焊接母材时，焊接接头的剪切强度与商用Ni-1片状钎料的强度相当，且远低于本申请实施例1制得的镍基钎料。说明适量的Re元素加入，由于Re原子的低扩散系数、高的扩散激活能、大的原子半径、在基体中以原子团簇存在等特殊的性质，能够显著提高焊接接头在高温焊接后的剪切强度。
试验例2
将实施例2、对比例2和对比例5制备得到的镍基钎料以及商用Ni-1片状钎料应用于焊接YG8硬质合金和M2高速钢，焊接方法为真空钎焊，焊接温度为1230℃，压力0.1MPa，保温时间30min。
将采用实施例2制得的镍基钎料焊接YG8硬质合金400和M2高速钢100的焊接接头300置于扫描电子显微镜下观察，得到如图4所示结果，可以发现实施例2制得的镍基钎料能够较好地融合YG8硬质合金400与M2高速钢100，焊接接头300连接紧固。
对焊接后YG8硬质合金和M2高速钢的焊接接头性能进行检测，得到如表2所示结果。
表2不同钎料焊接接头性能检测
钎料类型 实施例2 对比例2 对比例5 Ni-1片状钎料
焊接接头剪切强度 447.9MPa 291.7MPa 337.2MPa 321.6MPa
可以发现，对比例2制备的钎料应用于YG8硬质合金和M2高速钢焊接母材时，焊接接头的剪切强度低于商用Ni-1片状钎料的强度，且远低于本申请实施例2制得的镍基钎料。对比例2由于Zn元素能够提高钎料与母材之间的润湿性，同时抑制焊缝中η相的长大，从而提高了焊接接头的剪切强度；同时可以发现，对比例5制备的钎料应用于YG8硬质合金和M2高速钢焊接母材时，焊接接头的剪切强度高于商用Ni-1片状钎料的强度，但是远低于本申请实施例2制得的镍基钎料，即带状钎料的厚度对于接头的强度影响明显，过厚的片状钎料降低了接头的剪切强度。
试验例3
将实施例3、对比例3和对比例5制备得到的镍基钎料以及商用Ni-1片状钎料应用于焊接YG8硬质合金和M12高速钢，焊接方法为真空扩散焊，焊接温度为1220℃，压力2.5MPa，保温时间120min。对焊接后YG8硬质合金和M12高速钢的焊接接头性能进行检测，得到如表3所示结果。
表3不同钎料焊接接头性能检测
钎料类型 实施例3 对比例3 对比例5 Ni-1片状钎料
焊接接头剪切强度 479.4MPa 258.3MPa 366.9MPa 341.6MPa
可以发现，对比例3制备的钎料应用于YG8硬质合金和M12高速钢焊接母材时，焊接接头的剪切强度低于商用Ni-1片状钎料的强度，且远低于本申请实施例3制得的镍基钎料。对比例3由于W元素的含量增加使得焊接金属界面层的M6C型碳化物含量增加，影响焊接接头的剪切强度，同时Fe元素的增加也会导致M6C型η脆性相的生成，进一步影响焊接接头的剪切强度。因此本发明实施例通过控制二者的比例，控制M6C型碳化物的形成，提高了焊接接头的剪切强度。同时可以发现，对比例5制备的镍基钎料应用于YG8硬质合金和M12高速钢焊接母材时，焊接接头的剪切强度高于商用Ni-1片状钎料及对比例3的剪切强度，但是远低于本申请实施例3制得的镍基钎料，即带状镍基钎料与粉状镍基钎料对比时发现，钎料的成分及钎料的尺寸及形貌对于接头的强度影响明显。
试验例4
将实施例4和对比例4制备得到的镍基钎料以及商用Ni-1片状钎料应用于焊接YG6S硬质合金和M12高速钢，焊接方法为真空扩散焊，焊接温度为1225℃，压力2.5MPa，保温时间120min。对焊接后YG6S硬质合金和M12高速钢的焊接接头性能进行检测，得到如表4所示结果。
表4不同钎料焊接接头性能检测
钎料类型 实施例4 对比例4 Ni-1片状钎料
焊接接头剪切强度 462.3MPa 304.6MPa 337.2MPa
可以发现，对比例4制备的钎料应用于YG6S硬质合金和M12高速钢焊接母材时，焊接接头的剪切强度低于商用Ni-1片状钎料的强度，且远低于本申请实施例4制得的镍基钎料。对比例4由于Co、Zn元素的添加量降低，不仅导致钎料的润湿性能降低，而且焊接接头处的η相会进一步长大，导致焊接母材产生裂纹，焊接接头的剪切强度降低。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (23)

1.一种镍基钎料，其特征在于，按重量百分比计，其化学成分包括：6.0~8.5%的Cr、1.5~3.0%的Co、1.0~2.5%的Mo、1.0~3.5%的W、3.5~6.0%的Si、2.5~4.0%的B、2.0~3.5%的Fe、1.5~3.5%的Mn、3.5~6.0%的Cu、3.0~5.5%的Zn、1.0~3.5%的Re以及余量的镍。
2.根据权利要求1所述的镍基钎料，其特征在于，按重量百分比计，其化学成分包括：6.0~7.0%的Cr、2.0~3.0%的Co、2.0~2.5%的Mo、2.0~3.0%的W、4.0~5.0%的Si、2.5~3.5%的B、2.0~3.0%的Fe、2.0~3.0%的Mn、5.0~6.0%的Cu、4.5~5.5%的Zn、2.5~3.5%的Re以及余量的镍。
3.根据权利要求1或2所述的镍基钎料，其特征在于，所述镍基钎料的形状为粉状或带状的任一种。
4.根据权利要求3所述的镍基钎料，其特征在于，所述粉状的镍基钎料为球形粉末，平均粒径为200~600目。
5.根据权利要求3所述的镍基钎料，其特征在于，所述带状的镍基钎料的厚度为40~80μm，宽度为10~50mm。
6.一种如权利要求1~5任一项所述的镍基钎料的制备方法，其特征在于，包括：按所述重量百分比将Cr、Co、Mo、W、Si、B、Fe、Mn、Cu、Zn、Re和Ni混合制备。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，包括将所述镍基钎料制备成粉状或带状。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，制备所述粉状的镍基钎料包括：按所述重量百分比将Cr、Co、Mo、W、Si、B、Fe、Mn、Cu、Zn、Re和Ni混合后，依次采用真空熔炼及气雾化和超声波筛分制备得到粉状镍基钎料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述真空熔炼及气雾化包括：在真空雾化设备中，加热金属原料使其熔化得到熔融液，使用吹扫气体将熔融液破碎成小液滴，小液滴冷却、凝固得到半成品粉状镍基钎料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，控制所述真空雾化设备内的真空度低于3×10-2Pa，再充入氩气至设备内压力达到0.1~0.3MPa。
11.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，加热所述金属原料至1330~1500℃，保温10min～20min，控制所述熔融液的流出速率为5～10kg/min，所述吹扫气体的压力为3~5MPa。
12.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述超声波筛分包括将半成品粉状镍基钎料进行超声波振动筛分，工作频率为18~40KHz，环境温度25~40℃，超声波振动筛的筛网目数为100～325目，工作模式为连续模式。
13.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，制备所述带状的镍基钎料包括：按所述重量百分比将Cr、Co、Mo、W、Si、B、Fe、Mn、Cu、Zn、Re和Ni按比例混合后，依次采用真空熔炼和快淬制备得到带状镍基钎料。
14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述真空熔炼包括：在真空雾化设备中，加热金属原料使其熔化得到熔融液，浇注所述熔融液并冷却到室温，得到合金铸锭。
15.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，控制所述真空雾化设备内的真空度低于3×10-2Pa，再充入氩气至设备内压力达到0.1~0.3MPa，加热所述金属原料至1330~1500℃，保温10min～20min。
16.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，真空熔炼后还包括对所述合金铸锭进行切割和清洗。
17.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述快淬包括将所述合金铸锭放入单辊甩带机内加热熔化，充分熔炼后通过喷嘴喷至铜辊表面甩带成形。
18.根据权利要求17所述的制备方法，其特征在于，所述熔炼温度为1350~1450℃，熔炼时间为5～10min，所述铜辊的线速度为30~40m×s-1，喷嘴与铜辊之间的距离为0.4~0.7mm，喷嘴的直径为0.8~1.5mm，喷嘴宽度为10~50mm，喷嘴内外的压力差为20~50Kpa。
19.根据权利要求18所述的制备方法，其特征在于，所述快淬工艺的铜辊的线速度为30~35m×s-1，喷嘴与铜辊之间的距离为0.5~0.6mm，喷嘴的口径为0.9~1.1mm，喷嘴内外的压力差为35~40Kpa。
20.一种如权利要求1~5任一项所述的镍基钎料在焊接硬质合金与钢基体的应用。
21.根据权利要求20所述的应用，其特征在于，焊接包括钎焊、扩散焊、激光焊或电弧焊的任一种。
22.根据权利要求21所述的应用，其特征在于，所述钎焊的焊接温度为1200~1300℃，压力为0.05~0.2MPa，保温时间为10~60min。
23.根据权利要求21所述的应用，其特征在于，所述扩散焊的焊接温度1200~1300℃，压力为1~5MPa，保温时间为60~180min。
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