CN101890593B - 一种钎焊金刚石工具用镍基钎焊料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种钎焊金刚石工具用镍基钎焊料及其制备方法，属于钎焊技术领域。该钎焊料为中-高温用于钎焊金刚石工具的Ni-Cr系钎焊料合金粉，化学成分重量百分数为：2.0％～2.5％Si，4.0％～4.5％Cr，≤0.7％C，2.0％～20.0％Fe，2.0％～2.5％P，1.0％～1.5％B，余量为Ni。在Ni-Cr系的基础上准确控制B、Si、P、C的含量并适度降低Cr的含量，使其既具有良好的钎焊性能，又对金刚石有优秀的把持力，同时又具有较窄的固-液相范围，亦即液相温度不超过950℃，钎焊温度不超过1000℃，用该钎焊料钎焊的金刚石工具可以获得满意的切割效率和寿命。

Description

一种钎焊金刚石工具用镍基钎焊料及其制备方法

技术领域

本发明属于钎焊技术领域，特别涉及一种钎焊金刚石工具用镍基钎焊料及其制备方法。

技术背景

在电镀金刚石工具中，金刚石颗粒属于机械包镶，易于脱落，且无序排列、凸出低、容屑空间小；在烧结金刚石工具中，金刚石无序排列，金刚石与胎体粉料不能实现完全冶金结合，出刃自锐问题也难于解决。在此基础上，钎焊金刚石工具应运而生，正好弥补上述两种金刚石工具制备中的缺陷。现有高温镍基钎焊料品种很多，但适合于钎焊金刚石工具的不多，要么钎焊工作温度过高(大于1000℃)，要么钎焊工具的性能不能满足使用要求。

在BNi系钎料中，BNila成分(wt.％)为4.0％～5.0％Si、13.0％～15.0％Cr、2.75％～3.5％B、4.0％～5.0％Fe，余量为Ni，其固-液相温度为977℃～1097℃；BNi2的为4.0％～5.0％Si、6.0％～8.0％Cr、2.75％～3.5％B、2.5％～3.5％Fe，余量为Ni，其固-液相温度为971℃～999℃；BNi5的为9.75％～10.5％Si、18.5％～19.5％Cr，余量为Ni，其固-液相温度为1073℃～1135℃，显然上述钎料的钎焊温度都超过1000℃，对金刚石不利，影响金刚石工具的质量。BNi7的为13.0％～15.0％Cr、9.7％～10.5％P，余量为Ni，其固-液相温度为888℃；钎焊温度900℃以上即可，但该钎料磷含量高，会导致磷挥发并容易与钢基体形成脆性相。所以用BNi系钎料钎焊金刚石工具不能完全满足金刚石工具的需要。另外，Zl86100718镍基钎焊料的主要成分为Ni-Cr-Si-B-Co-Mo，其抗氧化性、高温力学性能、钎焊性能好，熔点适当，但成本偏高。

美国密执安州的Alloy Metals，Inc.of Troy生产的商标为Amdry-750的钎焊料标准成分(wt.％)为：4.0％Si，16.5％Cr，4.0％Fe，3.8％B，Ni余量，其熔点为1950°F～2000°F(相当于1065.65℃～1093.33℃)。美国专利Pat.No.4776862主要介绍Ni-Fe-B-Si系的钎焊料，还有上世纪六、七十年代美国一些专利比如U.SPat.No.3328189，3378361，3868235，3615309等介绍一些Ni基钎焊料，但熔点基本上超过1000℃，应用到钎焊钎焊金刚石工具很容易造成金刚石的热蚀变和退化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钎焊金刚石工具用镍基钎焊料及其制备方法，由于钎焊金刚石工具中钎焊对象为金刚石颗粒和钢基体，并本着如下钎焊料合金粉成分设计原则：①良好的润湿性，较低的润湿角；②良好的延展性；③使金刚石有足够的凸出高度和良好的容屑能力；④良好的把持力；⑤较低的熔点；⑥较低的成本。在大量的Ni-Cr系成分中进行筛选，设计和制备并发明了本钎焊料。

本发明所要解决的技术问题是提供一种中-高温用于钎焊金刚石工具的Ni-Cr系钎焊料合金粉，并提供上述合金粉的制备方法。

本发明的Ni-Cr系用于金刚石工具钎焊料合金粉成分(wt.％)为：2.0％～2.5％Si，4.0％～4.5％Cr，≤0.7％C，2.0％～20.0％Fe，2.0％～2.5％P，1.0％～1.5％B，余量为Ni。

本发明Fe的重量百分数最佳范围为2.0％～2.5％。

本发明C的重量百分数最佳范围为0.50％～0.55％。

本发明的镍基钎焊料合金粉的固-液相温度为：880℃～930℃，最优为887.7℃-925.6℃，钎焊温度不超过980℃即可，对金刚石不会造成热损，把持力好强度高，比高温镍基钎焊料综合性能要好。

本发明提供的上述合金粉的制备方法为高压水雾化，具体步骤如下：

(1)按照重量百分数2.0％～2.5％Si，4.0％～4.5％Cr，0.5％～0.7％C，2.0％～20.0％Fe，2.0％～2.5％P，1.0％～1.5％B，余量为Ni的化学成分配料；

(2)在中频感应炉内，将C放入炉底，上面放Ni、Fe和Cr块，待上述块料熔清时，放入Si、B和P，于1450℃～1560℃对所有配料进行熔化；

(3)在一定的压力，流量和温度的条件下，利用高压水对上述熔体雾化并在雾化桶内形成所需的粉体。

上述雾化的压力可以在480Kg～850kg，流量在70L/分钟～150L/分钟范围内调整，雾化温度控制在1350℃～1560℃。

本发明的有点在于，在Ni-Cr系的基础上准确控制B、Si、P、C的含量并适度降低Cr的含量，使其既具有良好的钎焊性能，又对金刚石有优秀的把持力，同时又具有较窄的固-液相范围，亦即液相温度不超过950℃，钎焊温度不超过1000℃，用该钎焊料钎焊的金刚石工具可以获得满意的切割效率和寿命。

附图说明

图1为实施例1的粉体的DSC曲线。

图2为实施例2的粉体的DSC曲线。

图3为实施例3的粉体的DSC曲线。

图4为实施例3的粉体X-射线物相分析。

图5为实施例3的粉体的SEM形貌图。

具体实施方式

实施例1：本实施例的配方以重量百分比计，具体成分如下：

Si：8.0％，Cr：16.5％，C：0.6％，Fe：8.0％，B：3.5％，余量为Ni。

(1)按上述成分设计的配比进行配料；

(2)在中频感应炉内，将C放入炉底，上面放Ni、Fe和Cr块，待上述块料熔清时，放入Si和B，于1520℃～1560℃熔化；

(3)在850Kg压力，120L/分钟流量和1560℃的条件下，利用高压水对上述熔体进行雾化。雾化后粉末的激光粒度D₅₀为30微米左右(过-200目筛子)，氧含量控制在450ppm以内。

上述高压水雾化设备为小型实验装备。

图1为本成分Ni-Cr-B-Si的DSC曲线，测试仪器为美国耐驰公司所生产。固-液相温度为959.5℃～1042.5℃，显然不满足设计要求。

实施例2

本实施例的配方以重量百分比计，具体成分如下：

Si：2.5％，Cr：5.5％，C：0.5％，Fe：2.5％，P：3.0％，余量为Ni。

粉末制备方法同实施例1.

图2为本成分Ni-Cr-P的DSC曲线，测试仪器为美国耐驰公司所生产。固-液相温度为933.6℃～1283.3℃，显然也不满足设计要求。

实施例3

本实施例的配方以重量百分比计，具体成分如下：

Si：2.5％，Cr：4.5％，C：0.5％，Fe：2.5％，P：2.5％，B：1.5％，余量为Ni。

(1)按上述成分设计的配比进行配料；

(2)在中频感应炉内，将C放入炉底，上面放Ni、Fe和Cr块，待上述块料熔清时，放入Si、B和P，，于1520℃～1560℃熔化；

(3)在500Kg压力，140L/分钟流量和1560℃的条件下，利用高压水对上述熔体进行雾化。雾化后粉末的激光粒度D₅₀为20微米左右(过-200目筛子)，氧含量控制在650ppm以内，松装比2.47g/cm³，无流动性。

上述高压水雾化设备为小型实验装备。

图3为本成分Ni-Cr系的DSC曲线，测试仪器为美国耐驰公司所生产。固-液相温度为887.7℃～925.6℃，满足设计要求。

图4为实施例3的粉体X-射线物相分析。利用x-射线粉末衍射方法，对粉体进行相分析。与Ni的标准峰对比，其峰位发生明显的左偏移，而中间化合物比如Cr₃Ni₂、NiC等非常微量，说明其基本上形成Ni的固溶体。

图5为实施例3的粉体的SEM形貌图。

Claims (3)

1.一种钎焊金刚石工具用镍基钎焊料，其特征在于，该钎焊料为中-高温用于钎焊金刚石工具的Ni-Cr系钎焊料合金粉，化学成分重量百分数为：2.0％～2.5％Si，4.0％～4.5％Cr，0.5％～0.7％C，2.0％～8.0％Fe，2.0％～2.5％P，1.0％～1.5％B，余量为Ni。

2.如权利要求1所述的镍基钎焊料，其特征在于，焊料合金粉中Fe的重量百分数为2.0％～2.5％，C的重量百分数为0.50％～0.55％。

3.一种权利要求1所述钎焊金刚石工具用镍基钎焊料的制备方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：

(1)按照重量百分数2.0％～2.5％Si，4.0％～4.5％Cr，0.5％～0.7％C，2.0％～8.0％Fe，2.0％～2.5％P，1.0％～1.5％B，余量为Ni的化学成分配料；

(2)在中频感应炉内，将C放入炉底，上面放Ni、Fe和Cr块，待上述块料熔清时，放入Si、B和P，于1450℃～1560℃对所有配料进行熔化；

(3)在压力480Kg～850kg，流量在70L/分钟～150L/分钟，雾化温度控制在1350℃～1560℃，利用高压水对上述熔体雾化，并在雾化桶内形成所需的粉体。

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