CN110315159B - 一种硬质合金钢复合刀具的制造方法 - Google Patents
一种硬质合金钢复合刀具的制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110315159B CN110315159B CN201910657194.5A CN201910657194A CN110315159B CN 110315159 B CN110315159 B CN 110315159B CN 201910657194 A CN201910657194 A CN 201910657194A CN 110315159 B CN110315159 B CN 110315159B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- hard alloy
- graphene
- brazing
- foil
- filler metal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
- B23K1/008—Soldering within a furnace
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
- B23K1/20—Preliminary treatment of work or areas to be soldered, e.g. in respect of a galvanic coating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
- B23K1/20—Preliminary treatment of work or areas to be soldered, e.g. in respect of a galvanic coating
- B23K1/206—Cleaning
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
- B23K35/0222—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in soldering, brazing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
- B23K35/302—Cu as the principal constituent
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/36—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
- B23K35/3601—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest with inorganic compounds as principal constituents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
- B23K2101/20—Tools
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
一种硬质合金钢复合刀具的制造方法,涉及一种复合刀具的制造方法。目的是解决硬质合金钢复合刀具制备时接头残余应力高和硬质合金的硬度降低的问题。方法:向硬质合金待焊面上的转移石墨烯,然后在硬质合金待焊面和钢制刀板待焊面中间放置钎料连接板,然后进行钎焊,钎料连接板由数层BNi2钎料箔片、1层网状碳纳米管片和1层Cu箔片叠放构成。本发明在硬质合金待焊面转移石墨烯,在钎焊时能够抑制硬质合金向钎料中的溶解,避免了硬质合金硬度下降。添加具有低膨胀系数的网状碳纳米管解决了硬质合金侧应力大的问题。本发明适用于制备硬质合金钢复合刀具。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合刀具的制造方法。
背景技术
切削加工是木材加工工业生产中最重要的工艺之一,随着加工技术不断进步,工件原料的不断多样化以及加工设备自动化程度的不断提高,对切削刀具工艺性能的要求也越来越高。作为木材加工产业大国,开发先进木工切削刀具制作方法,改善刀具工艺性能,对增加木材加工产业科技含量,提升产业核心竞争力具有重要意义。
硬质合金是由硬度极高的难熔金属碳化物如WC(碳化钨)等,以Co作为粘结剂烧结制成的粉末冶金制品,其硬度高,耐磨性好,且具有良好的高温塑性,能耐高达800-1000℃的切削温度,目前已成为制备木工切削刀具的主要材料。但硬质合金价格较高,且抗弯强度和抗冲击韧性均较差,为节约成本,提高刀具使用性能,多采用焊接方法以钢材作为基本制备复合结构产品。
专利CN1439482A公开了一种长薄条形硬质合金木工刀具的焊接方法,该方法采用高频钎焊连接硬质合金刀条及钢制刀板,但由于硬质合金与钢线膨胀系数差异较大,因此焊后接头残余应力集中较为严重,工作过程中接头易于发生开裂;该方法选择了使用温度较低而价格较高的银基钎料及黄铜钎料,从而限制了焊后刀具的工作温度,增加了生产成本;硬质合金中含有一定量的Co,Co与钎料均为金属且与钎料中的Ni相容性较好,因而容易发生互扩散,最终导致硬质合金在连接过程在中向钎料内部溶解严重,继而导致的硬质合金的硬度降低的问题。如专利CN201310031689.X,专利CN201310031689.X公开了采用一种由多层BNi2钎料箔片、铜箔片、多层BNi2钎料箔片组成的钎料连接板实现了硬质合金与钢的连接,但该方法存在两方面缺陷,首先是BNi2钎料与硬质合金界面扩散问题严重,直接连接易导致硬质合金溶解剧烈,最终导致硬质合金硬度降低。其次BNi2钎料与硬质合金间热膨胀系数差异较大,BNi2的热膨胀系数远高于硬质合金的热膨胀系数,导致硬质合金侧在焊后产生较大残余压应力。
专利CN201811101772.9通过墨烯海绵与AgCuTi钎料发生原位反应生成在钎缝中均匀分布的TiC相,由于TiC相具有较低的线膨胀系数和较好的塑性变形能力,故能对钎缝的热膨胀系数进行调节,细化并增强钎缝基体组织,同时可以通过塑性变形缓解接头残余应力。区别点是:本发明数层的石墨烯是转移到硬质合金待焊面上的且与硬质合金待焊面平行,目的是抑制硬质合金向钎料中的过度溶解;而专利CN201811101772.9是海绵状的石墨烯,置于两层钎料之间而不是钎料与焊接对象之间,因此无法抑制硬质合金向钎料中的溶解。专利CN201811101772.9目的仅是与钎料复合并反应降低钎缝中Ti元素的含量、最终达到抑制钎缝中脆性化合物生成,该专利无法解决硬质合金等母材元素向钎缝中溶解的问题。
专利CN201510980623.4利用氧化石墨烯的还原法成功制备了石墨烯/铝基钎料,从而实现了石墨烯对铝基钎料的增强效果。专利CN201510980623.4的目的是通过添加石墨烯,增强铝基钎料的综合性能,本发明转移石墨烯的目的是抑制硬质合金向钎缝中的溶解,因此目的不同。专利CN201510980623.4无法解决硬质合金等母材元素向钎缝中溶解的问题。
专利CN201410828186.X在钎焊过程中引入三维结构石墨烯复合中间层,采用化学气相沉积CVD方法,在泡沫Cu或泡沫Ni上制备三维结构石墨烯复合中间层,改善了石墨烯在钎料中的分散性,降低了钎料热膨胀系数,缓解了接头内的应力,有利于提高钎焊接头性能。泡沫Cu或泡沫Ni为多孔材料,沉积石墨烯仍然是多孔的,因此专利CN201410828186.X无法解决硬质合金向钎缝中过度溶解的问题。
发明内容
本发明为了解决现有硬质合金钢复合刀具制备时接头残余应力高、以及硬质合金在连接过程中向钎料内部溶解导致的硬质合金硬度降低的问题,提出一种硬质合金钢复合刀具的制造方法。
本发明硬质合金钢复合刀具的制造方法按照以下步骤进行:向硬质合金待焊面上转移石墨烯,然后在硬质合金待焊面和钢制刀板待焊面中间放置钎料连接板,然后进行钎焊,即完成;
所述钎料连接板由数层BNi2钎料箔片、1层网状碳纳米管片和1层Cu箔片叠放构成;Cu箔片设置在中间,网状碳纳米管片设置在Cu箔片一侧,网状碳纳米管片两侧分别至少设置有3层BNi2钎料箔片,Cu箔片另一侧至少设置有1层BNi2钎料箔片;钎焊时钎料连接板中设置有网状碳纳米管片一侧朝向硬质合金待焊面设置。
进一步地,所述向硬质合金待焊面上的转移的石墨烯的层数为1~8层,向硬质合金待焊面上转移石墨烯时每次转移一层。石墨烯层数过多会阻碍钎料与硬质合金的反应,降低钎焊接头连接强度。
进一步地,所述BNi2钎料箔片、网状碳纳米管片和Cu箔片的尺寸与硬质合金待焊面的尺寸相同。
进一步地,所述网状碳纳米管片两侧分别设置有3~5层BNi2钎料箔片,3~5层BNi2钎料箔片的总厚度为150~250μm;所述Cu箔片与钢制刀板待焊面之间设置有1~5层BNi2钎料箔片,1~5层BNi2钎料箔片的总厚度为50~250μm;所述Cu箔片的厚度为20~200μm。BNi2钎料流动性极佳,并且对硬质合金具有良好的润湿和反应,BNi2钎料也能够完全浸润网状碳纳米管,确保了钎料对焊缝良好填充。
进一步地,所述向硬质合金待焊面上的转移石墨烯之前的硬质合金待焊面的预处理过程包括除氧化膜、超声清洗和烘干;所述除氧化膜时使用不同型号的砂纸对硬质合金进行逐级打磨。所述进行超声清洗在丙酮溶液中进行,超声清洗后进行烘干。
进一步地,所述向硬质合金待焊面上的转移石墨烯的方法按照以下步骤进行:
步骤1、首先在石墨烯/金属基底叠层样品中金属基体表面涂一层PMMA溶液并加热固化;
所述加热固化温度150~200℃,时间为1~10min;
所述PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)溶液的质量分数为1~8wt.%;
所述PMMA溶液的溶剂为丙酮;
所述石墨烯/金属基底叠层样品由金属基底及其表面附着的石墨烯层构成;石墨烯/金属基底叠层样品购买于重庆墨烯科技有限公司,商品名称为铜箔衬底的石墨烯薄膜。
步骤2、然后用腐蚀液腐蚀金属基底,得到PMMA/石墨烯叠层样品;
所述腐蚀液为浓度1~4mol/L的FeCl3溶液;用腐蚀液腐蚀金属基底时将石墨烯/金属基底叠层浸入腐蚀液中;
步骤3、将PMMA/石墨烯叠层样品转移到硬质合金上,转移时PMMA/石墨烯叠层样品中石墨烯一侧朝向硬质合金的待焊面,然后进行热处理;
所述热处理温度为60~150℃,时间为1~10min;
步骤4、热处理后的PMMA/石墨烯叠层样品浸入丙酮中以去除PMMA,得到具有一层石墨烯的硬质合金;
步骤5、重复步骤1~步骤4,得到具有多层石墨烯的硬质合金;
所述浸入丙酮中的时间为4~10h,浸泡完成后使用去离子水清洗。
进一步地,所述钎焊前对构成钎料连接板的BNi2钎料箔片的两个表面、钢制刀板的待焊面和Cu箔片的两个表面进行预处理;所述预处理包括除氧化膜、超声清洗和烘干。所述超声清洗在丙酮溶液中进行,超声清洗后进行烘干。
进一步地,所述除氧化膜时使用不同型号的砂纸对钢制刀板的待焊面和铜箔片的两个表面进行逐级打磨。
进一步地,所述进行钎焊前将硬质合金、钎料连接板和钢制刀板卡装在石墨卡具上,钎料连接板设置在硬质合金和钢制刀板之间。
进一步地,所述钎焊的工艺为:真空度保持在(1~5)×10-3Pa以上,钎焊温度为980~1250℃,保温时间为5~40min,1000℃以下时升温速率为5~50℃/min,1000℃以上时升温速率为5℃/min,降温速率为1~50℃/min。
进一步地,所述钎焊后,当炉内温度降低至200℃以下时,开炉取件。
本发明原理及有益效果为:
1、本发明在针对硬质合金连接时,在硬质合金待焊面转移石墨烯,石墨烯能够阻隔硬质合金中的原子向钎料内部扩散,在钎焊时能够抑制硬质合金向钎料中的过量溶解,避免了钎焊时硬质合金向钎料中剧烈和过量溶解导致的硬质合金硬度下降的问题,因此保留了硬质合金的高硬度特性,本发明对硬质合金连接后硬质合金的硬度仍然能够保持在1400~1500HV。
2、本发明在硬质合金侧的钎料添加了具有低膨胀系数的网状碳纳米管,网状碳纳米管与BNi2钎料箔片具有良好的润湿性,在钎焊过程中,网状碳纳米管与BNi2钎料箔片原位润湿,形成了网状碳纳米管与BNi2钎料复合钎料层,降低了原始BNi2钎料的热膨胀系数。添加的网状碳纳米管可以作为增强体强化原始BNi2钎料的强度,提高钎料的承载能力,因此使原始BNi2钎料的强度提高,解决了硬质合金侧应力大的问题。
3、本发明采用了铜箔中间层的添加,铜箔具有塑性且屈服强度较低,铜箔在接头应力作用下可以发生塑性变形,降低对硬质合金的束缚,因而可以有效降低接头残余应力;由于接头残余应力的降低,以及外加卡具的作用,使焊后刀具变形程度大大降低,为刀具焊后矫形带来了极大的便利。
4、钎焊温度过低或时间过短,钎料流动性不佳;钎焊温度过高或时间过长,钎料易流失,两种情况均不利于钎料对焊缝完全填充。因此本发明通过钎料的选取及工艺参数的优化实现钎缝的完全填充,增加接头强度,从而大大提高了刀具使用可靠性和延长了刀具使用寿命。本发明得到的钎焊接头的剪切强度达到340~400MPa。
5、本发明由于可同时在一炉中进行多规格大批量刀具的焊接,大大提高了生产效率,节约了生产成本,对高性能木工切削刀具的工业化大批量生产具有重要意义,本发明可实现长度150-1500mm、宽度5-70mm、厚度0.5-10mm的硬质合金刀具与长度150-2000mm、宽度20-400mm、厚度2-50mm的钢制刀板的焊接。本发明方法能够焊接的刀具尺寸与CN201310031689.X相比显著提高。
附图说明:
图1为实施例1中装配示意图;
图2为实施例1中采用的网状碳纳米管的显微照片;
图3为实施例1中焊接接头界面组织显微照片;
图4为对比例1中焊接接头界面组织显微照片;
图5为对比例2中采用BNi2钎料直接连接硬质合金与钢制刀板的焊接接头界面组织显微照片。
具体实施方式:
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加的清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不限定本发明。
实施例1:本实施例焊接的硬质合金刀条和钢制刀板的成分如表1所示;
本发明硬质合金钢复合刀具的制造方法按照以下步骤进行:向硬质合金待焊面上转移石墨烯,然后在硬质合金待焊面和钢制刀板待焊面中间放置钎料连接板,然后进行钎焊,即完成;
所述钎料连接板由9层BNi2钎料箔片、1层网状碳纳米管片和1层Cu箔片叠放构成;Cu箔片设置在中间,网状碳纳米管片设置在Cu箔片一侧,网状碳纳米管片两侧分别设置有3层BNi2钎料箔片,Cu箔片另一侧设置有3层BNi2钎料箔片;钎焊时钎料连接板中设置有网状碳纳米管片一侧朝向硬质合金待焊面设置。
进一步地,所述向硬质合金待焊面上的转移的石墨烯的层数为8层,向硬质合金待焊面上转移石墨烯时每次转移一层。石墨烯层数过多会阻碍钎料与硬质合金的反应,降低钎焊接头连接强度。
进一步地,所述BNi2钎料箔片、网状碳纳米管片和Cu箔片的尺寸与硬质合金待焊面的尺寸相同。
进一步地,所述网状碳纳米管片两侧分别设置有3层BNi2钎料箔片,3层BNi2钎料箔片的总厚度为250μm;所述Cu箔片与钢制刀板待焊面之间设置有3层BNi2钎料箔片,总厚度为150μm;所述Cu箔片的厚度为100μm。BNi2钎料流动性极佳,并且对硬质合金具有良好的润湿和反应,BNi2钎料也能够完全浸润网状碳纳米管,确保了钎料对焊缝良好填充。
进一步地,所述向硬质合金待焊面上的转移石墨烯之前的硬质合金待焊面的预处理过程包括除氧化膜、超声清洗和烘干;所述除氧化膜时使用不同型号的砂纸对硬质合金进行逐级打磨。所述进行超声清洗在丙酮溶液中进行,超声清洗后进行烘干。
进一步地,所述向硬质合金待焊面上的转移石墨烯的方法按照以下步骤进行:
步骤1、首先在石墨烯/金属基底叠层样品中金属基体表面涂一层PMMA溶液并加热固化;
所述加热固化温度180℃,时间为2.5min;
所述PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)溶液的质量分数为5wt.%;
所述PMMA溶液的溶剂为丙酮;
所述石墨烯/金属基底叠层样品由金属基底及其表面附着的石墨烯层构成;石墨烯/金属基底叠层样品购买于重庆墨烯科技有限公司,商品名称为铜箔衬底的石墨烯薄膜。
步骤2、然后用腐蚀液腐蚀金属基底,得到PMMA/石墨烯叠层样品;
所述腐蚀液为浓度2mol/L的FeCl3溶液;用腐蚀液腐蚀金属基底时将石墨烯/金属基底叠层浸入腐蚀液中;
步骤3、将PMMA/石墨烯叠层样品转移到硬质合金上,转移时PMMA/石墨烯叠层样品中石墨烯一侧朝向硬质合金的待焊面,然后进行热处理;
所述热处理温度为100℃,时间为5min;
步骤4、热处理后的PMMA/石墨烯叠层样品浸入丙酮中以去除PMMA,得到具有一层石墨烯的硬质合金;
步骤5、重复步骤1~步骤4,得到具有8层石墨烯的硬质合金;
所述浸入丙酮中时间为10h,浸泡完成后使用去离子水清洗。
进一步地,所述钎焊前对构成钎料连接板的BNi2钎料箔片的两个表面、钢制刀板的待焊面和Cu箔片的两个表面进行预处理;所述预处理包括除氧化膜、超声清洗和烘干。所述超声清洗在丙酮溶液中进行,超声清洗后进行烘干。
进一步地,所述除氧化膜时使用80号、200号、400号和600号的砂纸对钢制刀板的待焊面和铜箔片的两个表面进行逐级打磨。
进一步地,所述进行钎焊前将硬质合金、钎料连接板和钢制刀板卡装在石墨卡具上,钎料连接板设置在硬质合金和钢制刀板之间。
进一步地,所述钎焊的工艺为:真空度保持在(1~5)×10-3Pa以上,钎焊温度为1040℃,保温时间为20min,1000℃以下时升温速率为15℃/min,1000℃以上时升温速率为5℃/min,降温速率为5℃/min。
进一步地,所述钎焊后,当炉内温度降低至200℃以下时,开炉取件。图1为实施例1中装配示意图;图中1为硬质合金,2为石墨烯,3为网状碳纳米管片,4为Cu箔片,5为钢制刀板,6为BNi2钎料箔片。图2为实施例1中采用的网状碳纳米管的显微照片;
对比例1:
对比例1采用专利CN201310031689.X记载的方法对与实施例1相同的硬质合金刀条和钢制刀板进行焊接,具体方法为:
步骤一、根据硬质合金刀条待焊表面的尺寸制作两个由3层钎料箔片组成的钎料连接板和一个铜箔片;钎料箔片为BNi2钎料箔片;
步骤二、使用80、200、400和600号砂纸对硬质合金刀条、钢制刀板的待焊表面、铜箔片的上表面和下表面进行逐级打磨以去除氧化膜。
步骤三、将打磨后的硬质合金刀条、两个由多层钎料箔片组成的钎料连接板、铜箔片、钢制刀板放入丙酮溶液中进行超声清洗并烘干,每个钎料连接板的厚度为100μm,Cu箔片厚度为7μm。
步骤四、按照从上到下为硬质合金刀条、多层钎料箔片组成的钎料连接板、铜箔片、多层钎料箔片组成的钎料连接板、钢制刀板的顺序装配组成待焊结构;
步骤五、将待焊结构卡装在石墨卡具上。
步骤六、将待焊结构和石墨卡具放置在真空钎焊炉中进行钎焊,真空钎焊炉内真空度保持在5×10-3以上,钎焊温度为1040℃,保温时间为20min,1000℃以下时升温速率为15℃/min,1000℃以上时升温速率为5℃/min,降温速率为5℃/min。
步骤七、当炉内温度降至200℃以下时,开炉取件。
对比例2:对比例2焊接的硬质合金刀条和钢制刀板的成分如表1所示;
在硬质合金待焊面和钢待焊面中间放置6层BNi2钎料片,进行钎焊前将硬质合金、BNi2钎料片和钢制刀板卡装在石墨卡具上,6层BNi2钎料片设置在硬质合金和钢制刀板之间,然后进行钎焊,即完成;
所述6层BNi2钎料箔片的总厚度为300μm;
所述钎焊的工艺为:真空度保持在(1~5)×10-3Pa以上,钎焊温度为1040℃,保温时间为20min,1000℃以下时升温速率为15℃/min,1000℃以上时升温速率为5℃/min,降温速率为5℃/min;当炉内温度降至200℃以下时,开炉取件。
结果分析:
图3为实施例1中焊接接头界面组织显微照片,图3中a为钢,b为硬质合金;图3能够看出是硬质合金与钎料的界面平直、致密,未见组织疏松区,说明硬质合金并未发生剧烈溶解。硬质合金侧的钎缝中能看到深色的网状增强相,是调节钎料热膨胀系数的重要物相,证明通过网状碳纳米管的复合可以实现钎缝物理性能的调控。图4为对比例1中焊接接头界面组织显微照片。图4能够看出,焊接过程中硬质合金向钎料溶解严重。图5为对比例2中采用BNi2钎料直接连接硬质合金与钢制刀板的焊接接头界面组织显微照片;图5说明采用BNi2直接连接硬质合金与钢制刀板时,硬质合金易向钎料中溶解,形成组织疏松区。
焊接前硬质合金的原始硬度为1600HV;实施例1相比于对比例1(专利CN201310031689.X),实施例1抑制了焊接过程中硬质合金的溶解,使硬质合金的硬度损失较小,焊接后硬质合金硬度仍可以达1500HV。对比例1中,硬质合金发生溶解后,焊接后硬质合金硬度仅为915HV。
实施例1相比于对比例1,实施例1的网状碳纳米管中间层的设置降低了原始复合中间层的热膨胀系数,使复合中间层的热膨胀系数与硬质合金更加匹配,从而缓解接头的热应力。实施例1得到的钎焊接头的抗剪强度为420MPa,对比例1得到的钎焊接头的抗剪强度仅为380MPa。
表1
元素(wt.%) | W | C | Co | P | Mn | S | Si | Fe |
WC-Co | 77 | 11 | 10 | – | – | – | 1.5 | – |
T9 | – | 0.85-0.94 | ≤0.35 | ≤0.035 | ≤0.4 | 0.03 | 0.19 | 99.39 |
Claims (15)
1.一种硬质合金钢复合刀具的制造方法,其特征在于:该方法按照以下步骤进行:向硬质合金待焊面上转移石墨烯,然后在硬质合金待焊面和钢制刀板待焊面中间放置钎料连接板,然后进行钎焊,即完成;
所述钎料连接板由数层BNi2钎料箔片、1层网状碳纳米管片和1层Cu箔片叠放构成;Cu箔片设置在中间,网状碳纳米管片设置在Cu箔片一侧,网状碳纳米管片两侧分别至少设置有3层BNi2钎料箔片,Cu箔片另一侧至少设置有1层BNi2钎料箔片;钎焊时钎料连接板中设置有网状碳纳米管片一侧朝向硬质合金待焊面设置。
2.根据权利要求1所述的硬质合金钢复合刀具的制造方法,其特征在于:所述向硬质合金待焊面上的转移的石墨烯的层数为1~8层,向硬质合金待焊面上转移石墨烯时每次转移一层。
3.根据权利要求1所述的硬质合金钢复合刀具的制造方法,其特征在于:所述BNi2钎料箔片、网状碳纳米管片和Cu箔片的尺寸与硬质合金待焊面的尺寸相同。
4.根据权利要求1所述的硬质合金钢复合刀具的制造方法,其特征在于:所述网状碳纳米管片两侧分别设置有3~5层BNi2钎料箔片,3~5层BNi2钎料箔片的总厚度为150~250μm;所述Cu箔片与钢制刀板待焊面之间设置有1~5层BNi2钎料箔片,1~5层BNi2钎料箔片的总厚度为50~250μm;所述Cu箔片的厚度为20~200μm。
5.根据权利要求1所述的硬质合金钢复合刀具的制造方法,其特征在于:所述向硬质合金待焊面上的转移石墨烯之前的硬质合金待焊面的预处理过程包括除氧化膜、超声清洗和烘干。
6.根据权利要求1所述的硬质合金钢复合刀具的制造方法,其特征在于:所述向硬质合金待焊面上的转移石墨烯的方法按照以下步骤进行:
步骤1、首先在石墨烯/金属基底叠层样品中金属基体表面涂一层PMMA溶液并加热固化;所述加热固化温度150~200℃,时间为1~10min;
步骤2、然后用腐蚀液腐蚀金属基底,得到PMMA/石墨烯叠层样品;所述腐蚀液为浓度1~4mol/L的FeCl3溶液;用腐蚀液腐蚀金属基底时将石墨烯/金属基底叠层样品浸入腐蚀液中;
步骤3、将PMMA/石墨烯叠层样品转移到硬质合金上,转移时PMMA/石墨烯叠层样品中石墨烯一侧朝向硬质合金的待焊面,然后进行热处理;
步骤4、热处理后的PMMA/石墨烯叠层样品浸入丙酮中以去除PMMA,得到具有一层石墨烯的硬质合金;
步骤5、重复步骤1~步骤4,得到具有多层石墨烯的硬质合金。
7.根据权利要求6所述的硬质合金钢复合刀具的制造方法,其特征在于:步骤1所述PMMA溶液的质量分数为1~8wt.%。
8.根据权利要求6所述的硬质合金钢复合刀具的制造方法,其特征在于:步骤1所述石墨烯/金属基底叠层样品由金属基底及其表面附着的石墨烯层构成。
9.根据权利要求6所述的硬质合金钢复合刀具的制造方法,其特征在于:步骤3所述热处理温度为60~150℃,时间为1~10min。
10.根据权利要求6所述的硬质合金钢复合刀具的制造方法,其特征在于:步骤4所述浸入丙酮中的时间为4~10h,浸泡完成后使用去离子水清洗。
11.根据权利要求1所述的硬质合金钢复合刀具的制造方法,其特征在于:所述钎焊前对构成钎料连接板的BNi2钎料箔片的两个表面、钢制刀板的待焊面和Cu箔片的两个表面进行预处理;所述预处理包括除氧化膜、超声清洗和烘干;所述超声清洗在丙酮溶液中进行,超声清洗后进行烘干。
12.根据权利要求11所述的硬质合金钢复合刀具的制造方法,其特征在于:所述除氧化膜时使用不同型号的砂纸对钢制刀板的待焊面和铜箔片的两个表面进行逐级打磨。
13.根据权利要求1所述的硬质合金钢复合刀具的制造方法,其特征在于:所述进行钎焊前将硬质合金、钎料连接板和钢制刀板卡装在石墨卡具上。
14.根据权利要求1所述的硬质合金钢复合刀具的制造方法,其特征在于:所述钎焊的工艺为:真空度保持在(1~5)×10-3Pa以上,钎焊温度为980~1250℃,保温时间为5~40min,1000℃以下时升温速率为5~50℃/min,1000℃以上时升温速率为5℃/min,降温速率为1~50℃/min。
15.根据权利要求1所述的硬质合金钢复合刀具的制造方法,其特征在于:所述钎焊后,当炉内温度降低至200℃以下时,开炉取件。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910657194.5A CN110315159B (zh) | 2019-07-19 | 2019-07-19 | 一种硬质合金钢复合刀具的制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910657194.5A CN110315159B (zh) | 2019-07-19 | 2019-07-19 | 一种硬质合金钢复合刀具的制造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110315159A CN110315159A (zh) | 2019-10-11 |
CN110315159B true CN110315159B (zh) | 2020-07-07 |
Family
ID=68124016
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910657194.5A Active CN110315159B (zh) | 2019-07-19 | 2019-07-19 | 一种硬质合金钢复合刀具的制造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110315159B (zh) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111468858A (zh) * | 2020-04-15 | 2020-07-31 | 郑州机械研究所有限公司 | 三明治复合钎料及其制备方法和应用以及硬质合金器件 |
CN112809221A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-05-18 | 宜兴市鼎锋模具制造有限公司 | 高速钢和钨钢间接融合的五金工具及加工方法 |
CN113245655B (zh) * | 2021-06-28 | 2021-10-29 | 东北大学 | 一种硬质合金/钢多孔补偿网增强钎焊接头及其制备方法 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103100834A (zh) * | 2013-01-28 | 2013-05-15 | 哈尔滨工业大学 | 一种硬质合金钢复合刀具的制造方法 |
SG11201708601UA (en) * | 2015-04-20 | 2017-11-29 | Agency Science Tech & Res | Conductive polymer composite as plastic solder |
CN105478944A (zh) * | 2015-12-28 | 2016-04-13 | 哈尔滨工业大学 | 一种碳纳米管辅助钎焊硬质合金和钢的方法 |
EP3703888A4 (en) * | 2017-10-31 | 2021-08-18 | Meld Manufacturing Corporation | SYSTEM FOR GENERATIVE SOLIDS MANUFACTURING AND MATERIAL COMPOSITIONS AND STRUCTURES |
CN108296586B (zh) * | 2018-04-25 | 2020-05-12 | 哈尔滨工业大学 | 一种SiO2-BN复合陶瓷与Invar合金的钎焊方法 |
CN109175764B (zh) * | 2018-09-20 | 2020-07-07 | 哈尔滨工业大学 | 一种石墨烯海绵中间层辅助钎焊的方法 |
-
2019
- 2019-07-19 CN CN201910657194.5A patent/CN110315159B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110315159A (zh) | 2019-10-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110315159B (zh) | 一种硬质合金钢复合刀具的制造方法 | |
AU2001275856B2 (en) | Reducing metals as a brazing flux | |
CA1216158A (en) | Composite compact component and a process for the production of the same | |
CN107363359A (zh) | 一种复合高熵合金钎料钎焊陶瓷与金属的方法 | |
CN103100834A (zh) | 一种硬质合金钢复合刀具的制造方法 | |
AU2001275856A1 (en) | Reducing metals as a brazing flux | |
CN106976023B (zh) | 一种感应加热高熵合金钎焊单层金刚石砂轮的方法 | |
CN102059449B (zh) | 钨合金与钽合金的低温扩散焊接方法 | |
CN110270729B (zh) | 一种以石墨烯阻隔层辅助钎焊Ti-Al系合金和陶瓷的方法 | |
CN113182632A (zh) | 一种采用高熵合金钎焊连接c/c复合材料的方法 | |
CN109759665B (zh) | 一种具有三维网状分布的TiB晶须增强的陶瓷/金属接头制备方法 | |
CN111390426A (zh) | 一种用于超硬磨料钎焊的复合钎料及其制备方法、进行钎焊的方法 | |
Huang et al. | Fabrication and evaluation of electroplated diamond grinding rods strengthened with Cr-C deposit | |
CN104018019A (zh) | 一种ZrB2/Cu复合材料的制备方法 | |
CN111168588A (zh) | 基于硬质合金-金刚石膜颗粒为磨料的钎焊砂轮及制法 | |
CN110497116B (zh) | 一种变尺度硼氮石墨烯改性层钎料、制备方法及用途 | |
Huang et al. | Grinding performance of electroplated diamond tools strengthened with Cr-C deposit using D-150 diamond particles | |
EP4202073A1 (en) | Method for manufacturing metal matrix composite parts | |
CN111254394A (zh) | 一种表面金属化金刚石复合颗粒 | |
CN110144512B (zh) | 铁基无磁硬质合金材料及其制备方法、应用 | |
CN109628884B (zh) | 一种金刚石的表面金属化工艺 | |
CN110653385A (zh) | 一种金属陶瓷焊接刀具及其制备方法 | |
TW201829799A (zh) | 適於積層製程的硬質合金 | |
CN110129648B (zh) | 一种铁基无磁硬质合金材料及其制备方法、应用 | |
CN115889918B (zh) | 一种pdc截齿的钎焊方法及pdc截齿 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |