CN109676283B - 一种金刚石锯片用活性钎料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种金刚石锯片用活性钎料，在铜锡钛活性钎料基础上复合添加铝硅镍，可在气保护下烧结或钎焊金刚石制品，有利于简化生产工艺，降低生产成本；活性钎料还经过轧制制备为片状，包括以下工序将厚度为0.35~0.65mm的铸轧或热轧坯料在轧制油存在的环境下，经过粗轧、中轧、精轧工序得到厚度为0.0075~0.0099mm的片状钎料；所得钎料合金对金刚石的润湿性好，熔点低；本发明在铝镍元素的固溶强化作用及活性元素钛等的多重作用下，使用该活性钎料合金钎焊金刚石与基体时可以使金刚石与基体形成牢固的冶金结合，活性钎料钎焊石墨/45号钢接头剪切强度可达到355MPa。

Description

一种金刚石锯片用活性钎料
技术领域
本发明属于钎焊材料技术领域，具体涉及一种金刚石锯片用活性钎料。
背景技术
金刚石锯片的工作条件比较恶劣，高速、振动、高温对金刚石刀头的焊接提出了苛刻的要求，随着锯片切削速度和进刀量的不断提高，对金刚石锯片焊缝强度的要求也越来越高。使用钎焊制造金刚石工具时在钎料中加入能与具有稳定电子配位的金刚石发生相互作用的元素，可显著提高钎料在金刚石表面的润湿性，形成钎料与金刚石间的冶金结合。钎焊金刚石用活性钎料主要有Ni 基活性钎料，Ag基活性钎料和Cu基活性钎料。Ni基活性钎料液相线熔化温度一般高于900℃，钎焊过程中，金刚石容易出现热损伤。Ag基活性钎料的施焊温度低，钎焊接头性能良好，但较高的含银量增加钎焊成本，限制了Ag 基活性钎料的使用量。
Cu基活性钎料对金刚石具有较好的润湿性，节约钎焊成本，具有较好的经济性，因而备受关注。常见的Cu 基活性钎料有CuSnTi，CuSnTiNi，CuSnTiZr，《In/Al/RE在铜锡钛活性钎料中的行为研究》一文中提到上述铜基活性钎料在保证钎料强度的情况下以上活性钎料的液相线均在850℃以上，使用上述活性钎料钎焊石墨和45号钢接头剪切强度最高可达到350MPa。而专利CN101913036B公开了一种CuSnTi活性钎料，所属活性钎料可在800℃以下得到完全液相，使用该活性钎料钎焊石墨和45号钢接头剪切强度可达到301.4MPa。
从技术角度来看，生产这么薄的片状钎料并不是十分困难的，但要大规模地有效益地生产高品质的这类钎料却不容易。目前国内的厂家在轧制双零箔时多是经过五道次轧制工序，就是三道次粗轧工序，一道次中轧工序，一道次精轧工序。每道次轧制工序的压下率很少超过55%。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种金刚石锯片用活性钎料，制备的钎料合金熔点低，活性钎料还能够提高金刚石锯片的耐磨性和把持力。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种金刚石锯片用活性钎料，其特征在于：活性钎料按质量百分比包括：60~70%Cu，13~19%Sn，6~10%Al，4~9%Ti，1~3%Si，0.25~1.2%Mn和0~0.1%的微量元素。
进一步的，所述活性钎料按质量百分比包括：61~69% Cu，14~18% Sn，6.5~9.5%Al，5~8.5% Ti，1.5~3% Si和0.1~1.0% Mn。
进一步的，所述活性钎料按质量百分比包括：62~68% Cu，15~17% Sn，7~9% Al，6~8% Ti和2~3% Si。
进一步的，所述微量元素包括La，Ce，Ga，Cr和Zr中的至少一种。
进一步的，所述活性钎料还轧制为片状。
进一步的，片状的活性钎料的制备方法为：
步骤一、活性钎料通过铸轧或热轧得到厚度为0.35~0.65mm的坯料；
步骤二、步骤一中的坯料在轧制油存在的环境下，经过粗轧、中轧、精轧工序得到厚度为0.0075~ 0.0099mm的片状活性钎料。
进一步的，粗轧的轧制油温为35~ 45℃，中轧和精轧的轧制油温为40~50℃。
进一步的，所述步骤二经过两道次粗轧工序，第一道次粗轧工序将0.35~0.65mm的坯料轧制到0.145~0.165mm，轧机速度为750~950m/min，轧制压力为1800~2500KN，第二道次粗轧工序将0.145~0.165mm的坯料轧制到0.054~0.083mm，轧机速度为1150~1400m/min，轧制压力为1200~1650KN；中轧工序将0.054~0.083mm的坯料轧制到0.019~0.032mm，轧机速度为1150~1700m/min，轧制压力为1600~2100KN；精轧工序将0.019~0.032mm的坯料轧制到0.0075~0.0099mm，轧机速度为350~550m/min，轧制压力为1250~1500KN。
进一步的，片状活性钎料粗轧第一道次轧制后张应力为20~30N/mm2，第二道次轧制后张应力为20~40N/mm2，中轧后张应力为35~45N/mm2，精轧后张应力45~55N/mm2。
本发明的技术方案中道次是按以下方式分配的：
片状的活性钎料轧制道次分配方案为：
Figure 601387DEST_PATH_IMAGE001
轧制的工艺参数为：
Figure 496662DEST_PATH_IMAGE002
本发明的有益效果为：
1、本发明的一种金刚石锯片用活性钎料，主要含有铜、锡、铝、钛，在铜锡钛活性钎料基础上复合添加铝和硅，所得钎料合金熔点低，钎焊时使金刚石与基体形成牢固冶金结合，结合强度高，对金刚石把持力高，钎焊连接时焊接温度低，对金刚石热损伤小，易于钎焊不含银等贵重金属元素，可在气体保护下烧结或者钎焊金刚石制品，工艺简单，成本低；
2、本发明相对于现有技术由于少了一道次轧制工序，只用了四道次就轧制出了片状钎料，而且生产的产品综合成品率达到以上，远远高于目前行业内的平均综合成品率，轧制油消耗减少，也就是每个月大约可以减少用油十几吨，大大的节约了能源，运行成本显著降低，提高了生产效益。由于减少了一道次的轧制工序，缩短了生产过程，减少了生产时间，有效的提高了生产效率，减少了一道次的工序就减少了工序中的污水等废弃物的排放，有效减少了污染排放，保护了环境。
附图说明
图1为金刚石/活性钎料扫描电镜图。
其中，图中各标号为：A、金刚石；B、金刚石/活性钎料界面；C、活性钎料。
具体实施方式
为了本领域的技术人员能够更好地理解本发明所提供的技术方案，下面结合具体实施例进项阐述。
本发明的活性钎料含有以下质量百分比的组分：Cu60~70%，Sn13~19%，Al6~10%，Ti4~9%，Si1~3%，Ni0.01~2%，Mn0.25~1.2%，0~0.1%微量元素，所述微量元素取自La，Ce，Ga，Cr，Zr中的至少一种。
本发明的活性片状钎料的制备方法包括如下几个步骤：
一种片状钎料大压下率轧制工艺是将厚度为0.35~0.65mm的钎料合金铸轧坯料经过两道次粗轧工序，其中轧制油添加的配比是粗轧酯2.5~4.0%、醇2.0~4.5%。在第一道次粗轧工序中，控制轧机速度为750~950m/min，轧制的油温为35~45℃，轧制压力为1800~2500KN，轧制前张应力为15~25N/mm2，轧制后张应力为20~30N/mm2，经过第一道次粗轧后铭箔的厚度为0.145~0.165mm，经过第二道次粗轧后铭箔的厚度为0.054~0.083mm，在第二道次粗轧工序中轧机速度为1150~1400m/min，轧制的油温为35~45℃，轧制压力为1200~1650KN，轧制前张应力为20~30N/mm2，轧制后张应力为25~35N/mm2。经过两道次粗轧后的片状钎料再经过一次单张中轧后厚度可达到0.019~0.032mm，在中轧中的轧机速度为1150~1700m/min，轧制油温为40~50℃，轧制油添加剂的配比为中轧醋2.5~4.0%、醇2.0~4.5%体积百分比，中轧的轧制压力为1600~2100KN，轧制前张应力为25~35N/mm2，轧制后张应力为35~50N/mm2。然后在经过合卷、精轧双合轧制即可得到厚度为0.0075~0.0099mm的片状钎料成品。在精轧中，轧机的速度为350~550m/min，轧制油温为40~50℃，轧制压力为1250~1500KN，轧制前张应力为35~50N/mm2，轧制后张应力为45~55N/mm2，轧制油添加剂配比为精轧酯1.5~3.5%、醇2.0~1.5%体积百分比。
当然在经过中轧后也可以将两张单张片状活性钎料在精轧机进行双开卷轧制。
实施例1
本实施例的活性钎料合金，由以下质量百分比的组分组成：Cu64%，Sn16%，Al8%，Ti8%，Si2%，Ni1.2%，Mn0.8%。
0.0075mm片状钎料轧制道次分配方案为：
Figure 420624DEST_PATH_IMAGE003
轧制工艺参数为：
Figure 678430DEST_PATH_IMAGE004
本实施例的活性钎料合金在830℃以下即可获得完全液相；在本发明的活性钎料的表征中，由于钎焊金刚石颗粒很难量化金刚石和基体的钎焊结合强度。而石墨和金刚石的元素都是碳，所以以基体钎钎焊石墨为剪切试样，量化碳和基体的结合强度，进而证明基体与金刚石颗粒的结合强度。具体以本实施例制备的活性钎料为原料，制备活性钎料钎焊石墨剪切样品，并测定本实施例的活性钎料钎焊石墨和45号钢的剪切强度，该活性钎料钎焊石墨/45号钢接头剪切强度可达360.5MPa。
图1为本实施例的金刚石/活性钎料的扫描电镜图片，A区域为金刚石区域，B区域为金刚石/活性钎料界面区，C区域为活性钎料区；从图中可以看出，金刚石光滑完整，没有产生明显的热损伤现象。并且金刚石和活性钎料之间的界面结合良好。
实施例2
本实施例的活性钎料合金，由以下质量百分比的组分组成：Cu65%，Sn15%，Al9%，Ti7.5%，Si2.5%，Mn1%。
0.0080mm片状钎料轧制道次分配方案为：
Figure 108275DEST_PATH_IMAGE005
轧制工艺参数：
Figure 349900DEST_PATH_IMAGE006
本实施例的活性钎料合金在815℃以下即可获得完全液相；使用本实施例的活性钎料感应钎焊石墨和45号钢时，活性钎料钎焊石墨/45号钢接头剪切强度可达到357.5MPa。
实施例3
本实施例的活性钎料合金，由以下质量百分比的组分组成：Cu67%，Sn12%，Al11%，Ti8%，Si2%。
制备工艺：
0.0095mm片状钎料轧制道次分配方案为：
Figure 513772DEST_PATH_IMAGE007
轧制工艺参数为：
Figure 157243DEST_PATH_IMAGE008
本实施例的活性钎料合金在810℃以下即可获得完全液相；使用本实施例的活性钎料感应钎焊石墨和45号钢时，活性钎料钎焊石墨/45号钢接头剪切强度可达到355.0MPa。
实施例4
本实施例的活性钎料合金，由以下质量百分比的组分组成：Cu64%，Sn16%，Al8%，Ti8%，Si2%，Ni1.2%，Mn0.75%，Cr0.05%。
制备工艺：
0.01mm片状钎料轧制道次分配方案为：
Figure 430092DEST_PATH_IMAGE009
轧制工艺参数为：
Figure 159014DEST_PATH_IMAGE010
本实施例的活性钎料合金在825℃以下即可获得完全液相；使用本实施例的活性钎料感应钎焊石墨和45号钢时，活性钎料钎焊石墨/45号钢接头剪切强度可达到365.5MPa。
实施例5
本实施例的活性钎料合金，由以下质量百分比的组分组成：Cu64%，Sn16%，Al8%，Ti8%，Si2%，Ni1.2%，Mn0.73%，Zr0.07%。
制备工艺：
0.0075mm片状钎料轧制道次分配方案为：
Figure 221517DEST_PATH_IMAGE011
轧制工艺参数为：
Figure 719494DEST_PATH_IMAGE012
本实施例的活性钎料合金在825℃以下即可获得完全液相；使用本实施例的活性钎料感应钎焊石墨和45号钢时，活性钎料钎焊石墨/45号钢接头剪切强度可达到367.0MPa。
实施例6
本实施例的活性钎料合金，由以下质量百分比的组分组成：Cu67%，Sn12%，Al11%，Ti7.9%，Si2%，Zr0.04%，Cr0.06%。
制备工艺：
0.0080mm片状钎料轧制道次分配方案为：
Figure 632087DEST_PATH_IMAGE013
轧制工艺参数为：
Figure 582725DEST_PATH_IMAGE014
本实施例的活性钎料合金在820℃以下即可获得完全液相；使用本实施例的活性钎料感应钎焊石墨和45号钢时，活性钎料钎焊石墨/45号钢接头剪切强度可达到369.5MPa。
实施例7
本实施例的活性钎料合金，由以下质量百分比的组分组成：Cu62%，Sn17%，Al9%，Ti8%，Si2%，Ni1.1%，Mn0.8%，La0.05%，Ce0.05% 。
制备工艺：
0.0095mm片状钎料轧制道次分配方案为：
Figure 950384DEST_PATH_IMAGE015
轧制工艺参数为：
Figure 302868DEST_PATH_IMAGE016
本实施例的活性钎料合金在815℃以下即可获得完全液相；使用本实施例的活性钎料感应钎焊石墨和45号钢时，活性钎料钎焊石墨/45号钢接头剪切强度可达到365.0MPa。
实施例8
本实施例的活性钎料合金，由以下质量百分比的组分组成：Cu66.5%，Sn12.1%，Al11%，Ti8.3%，Si2%，La0.03%，Ce0.04%，Ga0.03%。
制备工艺：
0.0099mm片状钎料轧制道次分配方案为：
Figure 245416DEST_PATH_IMAGE017
轧制工艺参数为：
Figure 824296DEST_PATH_IMAGE018
本实施例的活性钎料合金在810℃以下即可获得完全液相；使用本实施例的活性钎料感应钎焊石墨和45号钢时，活性钎料钎焊石墨/45号钢接头剪切强度可达到370.0MPa。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种金刚石锯片用活性钎料，其特征在于：活性钎料按质量百分比包括：61~69% Cu，14~18% Sn， 6.5~9.5% Al，5~8.5% Ti，1.5~3% Si，0.1~1.0% Mn和0~0.1%的微量元素；
所述微量元素包括La，Ce，Ga，Cr和Zr中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种金刚石锯片用活性钎料，其特征在于：所述活性钎料按质量百分比包括：62~68% Cu，15~17% Sn，7~9% Al，6~8% Ti，2~3% Si。
3.根据权利要求1所述的一种金刚石锯片用活性钎料，其特征在于：所述活性钎料还轧制为片状。
4.根据权利要求3所述的一种金刚石锯片用活性钎料，其特征在于：片状的活性钎料的制备方法为：
步骤一、活性钎料通过铸轧或热轧得到厚度为0.35~0.65mm的坯料；
步骤二、步骤一中的坯料在轧制油存在的环境下，经过粗轧、中轧、精轧工序得到厚度为0.0075~ 0.0099mm的片状活性钎料。
5.根据权利要求4所述的一种金刚石锯片用活性钎料，其特征在于：粗轧的轧制油温为35~ 45℃，中轧和精轧的轧制油温为40~50℃。
6.根据权利要求4所述的一种金刚石锯片用活性钎料，其特征在于：所述步骤二经过两道次粗轧工序，第一道次粗轧工序将0.35~0.65mm的坯料轧制到0.145~0.165mm，轧机速度为750~950m/min，轧制压力为1800~2500KN，第二道次粗轧工序将0.145~0.165mm的坯料轧制到0.054~0.083mm，轧机速度为1150~1400m/min，轧制压力为1200~1650KN；中轧工序将0.054~0.083mm的坯料轧制到0.019~0.032mm，轧机速度为1150~1700m/min，轧制压力为1600~2100KN；精轧工序将0.019~0.032mm的坯料轧制到0.0075~0.0099mm，轧机速度为350~550m/min，轧制压力为1250~1500KN。
7.根据权利要求6所述的一种金刚石锯片用活性钎料，其特征在于：片状活性钎料粗轧第一道次轧制后张应力为20~30N/mm2，第二道次轧制后张应力为20~40N/mm2，中轧后张应力为35~45N/mm2，精轧后张应力45~55N/mm2。
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