RU2588928C1 - Composite solder for soldering abrasive tools from superhard materials - Google Patents
Composite solder for soldering abrasive tools from superhard materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2588928C1 RU2588928C1 RU2014148651/02A RU2014148651A RU2588928C1 RU 2588928 C1 RU2588928 C1 RU 2588928C1 RU 2014148651/02 A RU2014148651/02 A RU 2014148651/02A RU 2014148651 A RU2014148651 A RU 2014148651A RU 2588928 C1 RU2588928 C1 RU 2588928C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melting
- solder
- refractory
- matrix
- nanoparticles
- Prior art date
Links
Landscapes
- Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к припоям для пайки сверхтвердых материалов (алмаз, нитрид бора) и может быть использовано для получения абразивных инструментов из сверхтвердых материалов с металлической связкой, в частности инструментов со сложными рабочими поверхностями.The invention relates to solders for brazing superhard materials (diamond, boron nitride) and can be used to produce abrasive tools from superhard materials with a metal bond, in particular tools with complex working surfaces.
Абразивные инструменты из сверхтвердых материалов с металлической связкой, полученные методом пайки, находят широкое применение в строительной промышленности. В частности, для обработки архитектурных деталей из природного камня используют паяные алмазные ролики со сложным фасонным профилем.Abrasive tools made of superhard materials with a metal bond, obtained by soldering, are widely used in the construction industry. In particular, for the processing of architectural details made of natural stone, brazed diamond rollers with a complex shaped profile are used.
Известна связка для абразивных инструментов из сверхтвердых материалов по патенту US 5832360, получаемая методом высокотемпературной пайки. Припой, описанный в патенте, представляет собой смесь порошков оловянной бронзы и титана либо четырехкомпонентный сплав, содержащий титан, медь, олово и серебро.Known bundle for abrasive tools made of superhard materials according to the patent US 5832360, obtained by high temperature brazing. The solder described in the patent is a mixture of tin bronze and titanium powders or a four-component alloy containing titanium, copper, tin and silver.
За счет наличия карбидообразующего элемента - титана припой хорошо смачивает алмазы. Получаемые связки обладают высокой твердостью и износостойкостью. Недостатком является низкая вязкость припоев. Вследствие этого при пайке расплав плохо удерживается на фасонных поверхностях инструментов, образует наплывы и подтеки. За счет высокой химической активности титана к углероду расплавленный припой может вызывать деструкцию алмазных зерен и ухудшение их режущих свойств. Металлические связки, формирующиеся из припоев, описанных в патенте, являются хрупкими.Due to the presence of a carbide-forming element - titanium, the solder moistens diamonds well. The resulting binder have high hardness and wear resistance. The disadvantage is the low viscosity of the solders. As a result, during soldering, the melt does not hold well on the shaped surfaces of the tools, and forms sagging and smudges. Due to the high chemical activity of titanium to carbon, molten solder can cause the destruction of diamond grains and the deterioration of their cutting properties. The metal bonds formed from the solders described in the patent are brittle.
Известна связка для алмазных инструментов по патенту РФ 2286242, содержащая кобальт и легирующую добавку в виде тугоплавкого нанопорошка. За счет содержания кобальта связка образует химические связи с поверхностью алмазов и прочно удерживает их. Легирование наноразмерным порошком обеспечивает высокую твердость, прочность и ударную вязкость связки. Связка предназначена для получения алмазных инструментов простой формы путем горячего прессования. Недостатком является невозможность применения этой связки для получения фасонных алмазных инструментов со сложными рабочими поверхностями.Known bundle for diamond tools according to the patent of Russian Federation 2286242, containing cobalt and alloying additive in the form of a refractory nanopowder. Due to the cobalt content, the bond forms chemical bonds with the surface of diamonds and holds them firmly. Doping with nanosized powder provides high hardness, strength and toughness of the binder. The bundle is designed to produce diamond tools of simple shape by hot pressing. The disadvantage is the inability to use this bundle to obtain shaped diamond tools with complex work surfaces.
Известен припой для пайки жаропрочных сплавов по патенту US 7416108, содержащий микронные порошки тугоплавких металлов или их сплавов и добавку легкоплавких наночастиц. Припой предназначен для устранения дефектов в деталях из жаропрочных никелевых или кобальтовых сплавов. Наночастицы, добавляемые в припой, снижают температуру его плавления. Это позволяет исключить из состава припоя бор и кремний, также снижающие температуру плавления, но ухудшающие свойства спая. В данном припое наночастицы не являются легирующей добавкой. В результате пайки формируется спай, не содержащий наночастиц, обладающий повышенной прочностью за счет отсутствия боридов и силицидов. Температура пайки данным припоем составляет около 2120°F (1160°С). По составу и температуре плавления припой не пригоден для пайки абразивных инструментов из сверхтвердых материалов.Known solder for brazing heat-resistant alloys according to patent US 7416108, containing micron powders of refractory metals or their alloys and the addition of low-melting nanoparticles. The solder is designed to eliminate defects in parts made of heat-resistant nickel or cobalt alloys. Nanoparticles added to solder reduce its melting point. This makes it possible to exclude boron and silicon from the composition of the solder, which also lower the melting temperature, but worsen the properties of the junction. In this solder, nanoparticles are not a dopant. As a result of soldering, a junction is formed that does not contain nanoparticles, which has increased strength due to the absence of borides and silicides. The soldering temperature for this solder is about 2120 ° F (1160 ° C). The composition and melting temperature of the solder is not suitable for soldering abrasive tools from superhard materials.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является композиционный припой по патенту РФ 2457935, содержащий легкоплавкую матрицу, тугоплавкий наполнитель и органическое связующее вещество. Пастообразный припой и алмазы наносят на стальную основу. При последующем нагреве связующее вещество испаряется. Легкоплавкая матрица расплавляется, смачивает частицы тугоплавкого наполнителя и подложку. Тугоплавкий наполнитель частично растворяется в жидкой матрице и повышает ее вязкость, что препятствует стеканию припоя к основанию покрываемого изделия и образованию наплывов припоя. Растворение тугоплавкого наполнителя в легкоплавкой матрице приводит к формированию металлической связки, состоящей из твердых тугоплавких структурных составляющих.The closest in technical essence and the achieved positive effect is a composite solder according to the patent of the Russian Federation 2457935, containing a low-melting matrix, a refractory filler and an organic binder. Paste solder and diamonds are applied to the steel base. Upon subsequent heating, the binder evaporates. The fusible matrix melts, wets the particles of the refractory filler and the substrate. The refractory filler partially dissolves in the liquid matrix and increases its viscosity, which prevents the solder from dripping to the base of the coated product and the formation of solder buildup. The dissolution of the refractory filler in a low-melting matrix leads to the formation of a metal binder consisting of solid refractory structural components.
Недостатком припоя является получение металлических связок с недостаточной прочностью, ударной вязкостью и износостойкостью. Недостаточная прочность и ударная вязкость приводят к тому, что при действии на инструмент значительных динамических нагрузок алмазосодержащий слой подвергается хрупкому разрушению.The disadvantage of solder is the receipt of metal bonds with insufficient strength, toughness and wear resistance. Insufficient strength and toughness cause the diamond-containing layer to undergo brittle fracture when exposed to significant dynamic loads on the tool.
Задачей изобретения является повышение стойкости абразивных инструментов из сверхтвердых материалов (алмаза, нитрида бора) со сложными рабочими поверхностями.The objective of the invention is to increase the resistance of abrasive tools made of superhard materials (diamond, boron nitride) with complex work surfaces.
Техническим результатом является получение из припоя теплостойкой и износостойкой связки, прочно удерживающей зерна сверхтвердых материалов.The technical result is to obtain from solder heat-resistant and wear-resistant ligament, firmly holding the grain of superhard materials.
Поставленная задача решается использованием предлагаемого композиционного припоя, отличающегося тем, что он содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %: легкоплавкая матрица 10-55, тугоплавкий наполнитель 30-89, тугоплавкие наночастицы 1-15, при этом содержание компонентов легкоплавкой матрицы и тугоплавкого наполнителя выбрано из условия образования при их взаимодействии структурных составляющих с температурой плавления не ниже 700°С.The problem is solved using the proposed composite solder, characterized in that it contains components in the following ratio, wt. %: low-melting matrix 10-55, high-melting filler 30-89, high-melting nanoparticles 1-15, while the content of the components of the low-melting matrix and high-melting filler is selected from the condition for the formation of structural components with a melting point of at least 700 ° C.
Композиционный припой содержит тугоплавкие наночастицы одного или нескольких веществ, выбранных из группы: карбид вольфрама, вольфрам, оксид алюминия, диоксид циркония, карбид ниобия, ультрадисперсные алмазы с серебряным или никелевым покрытием. Тугоплавкие наночастицы вводят в припой путем их смешивания с порошками легкоплавкой матрицы и тугоплавкого наполнителя или в составе частиц тугоплавкого наполнителя.Composite solder contains refractory nanoparticles of one or more substances selected from the group: tungsten carbide, tungsten, alumina, zirconia, niobium carbide, ultrafine diamonds with silver or nickel coating. Refractory nanoparticles are introduced into the solder by mixing them with powders of a low-melting matrix and a refractory filler, or as part of particles of a refractory filler.
При пайке тугоплавкий наполнитель частично растворяется в легкоплавкой матрице, в результате чего при кристаллизации припоя формируются структурные составляющие с температурой плавления не ниже 700°С. В зависимости от состава легкоплавкой матрицы и тугоплавких наночастиц, последние могут частично растворяться в легкоплавкой матрице, либо растворение отсутствует. После кристаллизации припоя тугоплавкие наночастицы полностью либо частично сохраняются в структуре формирующейся металлической связки.When soldering, the refractory filler partially dissolves in the low-melting matrix, as a result of which, during crystallization of the solder, structural components are formed with a melting point of at least 700 ° C. Depending on the composition of the low-melting matrix and refractory nanoparticles, the latter can partially dissolve in the low-melting matrix, or there is no dissolution. After crystallization of the solder, the refractory nanoparticles are completely or partially preserved in the structure of the forming metal binder.
Известно, что при легировании сплавов наночастицами наблюдается эффект дисперсионного упрочнения. Распределенные в металле наночастицы являются препятствиями на пути движения дислокаций. Вследствие этого затрудняется пластическая деформация металла, повышается его прочность и твердость при одновременном отсутствии охрупчивания.It is known that when alloying alloys with nanoparticles, the effect of dispersion hardening is observed. The nanoparticles distributed in the metal are obstacles to the movement of dislocations. As a result, the plastic deformation of the metal is hindered, its strength and hardness are increased while there is no embrittlement.
Металлическая связка, легированная тугоплавкими наночастицами, хорошо сопротивляется абразивному износу, прочно удерживает зерна сверхтвердых материалов, не подвергается хрупкому разрушению при тяжелых режимах работы абразивного инструмента. Стойкость абразивного инструмента из сверхтвердых материалов значительно возрастает по сравнению с прототипом.The metal binder doped with refractory nanoparticles resists abrasion well, holds grains of superhard materials firmly, and does not undergo brittle fracture under severe operating conditions of an abrasive tool. The resistance of an abrasive tool made of superhard materials significantly increases compared to the prototype.
Пример. Изготавливают профильный алмазный круг для обработки архитектурных деталей из гранита. Для пайки алмазосодержащего слоя используют композиционный припой с содержанием компонентов, выбранным из таблицы. В качестве легкоплавкой матрицы припой содержит порошок оловянной бронзы БрО19, в качестве тугоплавкого наполнителя - порошок кобальтовый ПК-1у. Тугоплавкие наночастицы представляют собой наноразмерный порошок вольфрама.Example. A profile diamond wheel is made for processing architectural details from granite. To solder the diamond-containing layer using composite solder with the content of the components selected from the table. As a low-melting matrix, the solder contains BrO19 tin bronze powder, and cobalt powder PK-1u as a refractory filler. Refractory nanoparticles are nanoscale tungsten powder.
Припой смешивают с алмазами размером 400/315 мкм (ГОСТ 9206-80). В качестве связующего вещества в смесь вводят водный раствор поливинилового спирта (10% по массе). Полученную пастообразную смесь припоя и алмазов наносят на стальной корпус, который затем помещают вакуумную печь и проводят пайку в среде аргона при температуре 950°С в течение 40 мин.The solder is mixed with 400/315 microns diamonds (GOST 9206-80). An aqueous solution of polyvinyl alcohol (10% by mass) is introduced into the mixture as a binder. The resulting paste-like mixture of solder and diamonds is applied to a steel casing, which is then placed in a vacuum oven and brazed in argon at a temperature of 950 ° C for 40 minutes.
При нагреве связующее вещество испаряется, легкоплавкая матрица расплавляется и частично растворяет тугоплавкий наполнитель и наночастицы. При последующем охлаждении и кристаллизации припоя формируется металлическая связка, состоящая из твердых растворов и интерметаллидов с температурой плавления выше 700°С и равномерно распределенных наночастиц вольфрама. Металлическая связка с такой структурой обладает повышенной твердостью (100-102 HRB) и ударной вязкостью.When heated, the binder evaporates, the fusible matrix melts and partially dissolves the refractory filler and nanoparticles. Subsequent cooling and crystallization of the solder forms a metal binder consisting of solid solutions and intermetallic compounds with a melting point above 700 ° C and uniformly distributed tungsten nanoparticles. A metal bond with such a structure has increased hardness (100-102 HRB) and impact strength.
Связка прочно удерживает алмазы, обладает высокой теплостойкостью и абразивной износостойкостью, не подвергается хрупкому разрушению при динамических нагрузках, возникающих в процессе работы инструмента.The bond holds diamonds firmly, has high heat resistance and abrasion resistance, is not subject to brittle fracture under dynamic loads arising during the operation of the tool.
Сравнительные испытания показывают, что стойкость инструмента, изготовленного с помощью предлагаемого припоя, увеличивается в 2-3 раза по сравнению с инструментом, изготовленным по прототипу.Comparative tests show that the durability of a tool made using the proposed solder increases by 2-3 times compared with a tool made according to the prototype.
Claims (3)
легкоплавкая матрица 10-55
тугоплавкий наполнитель 30-89
тугоплавкие наночастицы 1-15,
при этом содержание компонентов легкоплавкой матрицы и тугоплавкого наполнителя выбрано из условия образования при их взаимодействии структурных составляющих с температурой плавления не ниже 700°С.1. Composite solder for brazing abrasive tools from superhard materials, containing a low-melting matrix, a high-melting filler and an alloying additive in the form of high-melting nanoparticles, characterized in that it contains components in the following ratio, wt. %:
fusible matrix 10-55
refractory filler 30-89
refractory nanoparticles 1-15,
the content of the components of the low-melting matrix and the refractory filler is selected from the conditions of formation during their interaction of structural components with a melting point of at least 700 ° C.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014148651/02A RU2588928C1 (en) | 2014-12-02 | 2014-12-02 | Composite solder for soldering abrasive tools from superhard materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014148651/02A RU2588928C1 (en) | 2014-12-02 | 2014-12-02 | Composite solder for soldering abrasive tools from superhard materials |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2588928C1 true RU2588928C1 (en) | 2016-07-10 |
Family
ID=56370846
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014148651/02A RU2588928C1 (en) | 2014-12-02 | 2014-12-02 | Composite solder for soldering abrasive tools from superhard materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2588928C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115770971A (en) * | 2022-11-08 | 2023-03-10 | 西南交通大学 | Nickel-based alloy welding wire and preparation method thereof |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006083688A1 (en) * | 2005-01-28 | 2006-08-10 | Saint-Gobain Abrasives, Inc. | Abrasive articles and methods for making same |
| WO2008014801A1 (en) * | 2006-07-31 | 2008-02-07 | Ab Skf | A method for deposition of dispersion-strengthened coatings and composite electrode material for deposition of such coatings |
| RU2362666C1 (en) * | 2007-12-24 | 2009-07-27 | Евгений Георгиевич Соколов | Method for production of abrasive diamond tool |
| RU2371520C1 (en) * | 2008-07-25 | 2009-10-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный технологический университет "Московский институт стали и сплавов" | Composition electrode material for receiving of dispersion-reinforced by nanoparticles coatings |
| RU2432250C2 (en) * | 2009-12-18 | 2011-10-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Binder for production of diamond tool |
-
2014
- 2014-12-02 RU RU2014148651/02A patent/RU2588928C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006083688A1 (en) * | 2005-01-28 | 2006-08-10 | Saint-Gobain Abrasives, Inc. | Abrasive articles and methods for making same |
| WO2008014801A1 (en) * | 2006-07-31 | 2008-02-07 | Ab Skf | A method for deposition of dispersion-strengthened coatings and composite electrode material for deposition of such coatings |
| RU2362666C1 (en) * | 2007-12-24 | 2009-07-27 | Евгений Георгиевич Соколов | Method for production of abrasive diamond tool |
| RU2371520C1 (en) * | 2008-07-25 | 2009-10-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный технологический университет "Московский институт стали и сплавов" | Composition electrode material for receiving of dispersion-reinforced by nanoparticles coatings |
| RU2432250C2 (en) * | 2009-12-18 | 2011-10-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Binder for production of diamond tool |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115770971A (en) * | 2022-11-08 | 2023-03-10 | 西南交通大学 | Nickel-based alloy welding wire and preparation method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Artini et al. | Diamond–metal interfaces in cutting tools: a review | |
| Niu et al. | Microstructure and mechanical properties of Al2O3 ceramic and TiAl alloy joints brazed with Ag–Cu–Ti filler metal | |
| Zhang et al. | Effects of Ga addition on microstructure and properties of Sn–Ag–Cu/Cu solder joints | |
| Liu et al. | Microstructural characterization of diamond/CBN grains steel braze joint interface using Cu–Sn–Ti active filler alloy | |
| Gain et al. | Microstructure, thermal analysis and damping properties of Ag and Ni nano-particles doped Sn–8Zn–3Bi solder on OSP–Cu substrate | |
| Wang et al. | Influence of Ti on microstructure and strength of c-BN/Cu–Ni–Sn–Ti composites | |
| CN108504886B (en) | Preparation method of TiC-C nickel-based alloy self-lubricating composite material | |
| JP6879515B2 (en) | Friction stir welding tool | |
| CN111390426B (en) | Composite brazing filler metal for superhard abrasive brazing, preparation method of composite brazing filler metal and brazing method | |
| Liu et al. | Characteristics of Al2O3/diamond/c-BN/SiC grain steel brazing joints using Cu–Sn–Ti active filler powder alloys | |
| Rabinkin et al. | Brazing of diamonds and cubic boron nitride | |
| KR20130040873A (en) | Dispersion, method for producing same, and use thereof | |
| Zou et al. | Study of a hot-pressed sintering preparation of Ti (C7N3)-based composite cermets materials and their performance as cutting tools | |
| Sokolov et al. | The influence of temperature on interaction of Sn–Cu–Co–W binders with diamond in sintering the diamond-containing composite materials | |
| Lu et al. | Effect of Cu-P-Sn on brazing diamond with Ni-based filler alloy | |
| RU2588928C1 (en) | Composite solder for soldering abrasive tools from superhard materials | |
| CN105671406A (en) | Nitride-based high-entropy alloy ceramic binder special for PCBN | |
| JP5485117B2 (en) | Zygote | |
| CN105624513A (en) | Dedicated carbide-based high-entropy alloy ceramic bond for PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) | |
| Pobol et al. | Investigation of contact phenomena at cubic boron nitride-filler metal interface during electron beam brazing | |
| CN115178912A (en) | Containing Ti 3 AlC 2 Copper-based active composite brazing filler metal, preparation method and brazing method thereof | |
| Simhan et al. | Active brazing of cBN micro-particles with AISI 1045 steel using ceramic reinforced Ag-based fillers | |
| JP2020509219A (en) | Tungsten tetraboride composite matrix and uses thereof | |
| RU2286242C1 (en) | Bond for manufacture of diamond tools | |
| JP4781934B2 (en) | Method for producing aluminum alloy matrix composite |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161203 |