CN114178737A - 一种新型复合钎料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钎焊金刚石工具制造领域，具体公开了一种新型复合钎料，该复合钎料在Ni基合金钎料的基础上添加适量的微米级球形金属Mo粒子，其中，复合钎料的组分按照体积比为90‑98%的Ni基合金钎料和2‑10%的掺杂相金属Mo粒子，用Mo粒子掺杂Ni基复合钎料制备的钎焊金刚石工具。本发明的一种新型复合钎料及其制备方法的有益效果在于：其接头界面微裂纹数量大大减小，金刚石内部残余应力明显得到缓解；同时，复合钎料在添加适量的掺杂相配比下，对金刚石粒子保持了良好的润湿性，大大提高了钎焊金刚石接头界面的连接强度，从而增强了钎焊金刚石的加工性能和使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于钎焊金刚石工具制造领域，具体涉及一种新型复合钎料及其制备方法。
背景技术
焊金刚石工具在硬脆陶瓷材料的加工中展现了重要的应用价值。相较于传统的电镀、烧结或树脂结合剂金刚石工具，钎焊金刚石工具具有以下优点：1.金刚石-合金钎料-工具基体三者间结合强度高，金刚石粒子不易脱落；2.金刚石粒子出露度大，便于磨屑的排出和冷却液的进入；3金刚石粒子在工具基体上可以实现有序排布。这些优点显著提高了金刚石工具的加工性能和使用寿命。
Cu基、Ag基和Ni基三种合金钎料都可以用作金刚石粒子的钎焊，但Cu基、Ag基合金钎料造价昂贵、高温性能等缺点，导致二者并不适用于实际钎焊金刚石工具的大量工程制造。Ni基合金钎料凭借其机械强度高、成本低、耐腐蚀性、耐高温等优点，成为制造钎焊金刚石工具的首选钎料。然而，钎焊过程中Ni基合金钎料带来的不利影响也是不容忽视的。其中，钎焊冷却过程中残余应力的引入是严重制约钎焊金刚石加工性能的重要因素。金刚石粒子-Ni基钎料-钢基体三者间在热膨胀系数和杨氏模量的差异是导致残余应力出现的主要原因。过大的残余应力导致金刚石粒子表面和连接界面出现大量微裂纹。钎焊金刚石工具在使用过程中，在冲击载荷的作用下，微裂纹迅速的不断扩展，最终导致金刚石粒子出现过早的穿晶断裂，严重降低了钎焊金刚石工的加工性能和使用寿命。
因此，发明一种简单有效的方法来降低Ni基合金钎料导致的残余应力和界面微裂纹是十分必要的。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种新型复合钎料及其制备方法，提出了钎焊金刚石工具用Mo粒子掺杂Ni基复合钎料，提高钎焊金刚石接头的界面强度。
技术方案：本发明的第一方面提供一种新型复合钎料，包括Ni基合金钎料本体和金属Mo粒子，所述复合钎料的组分按照体积比为90-98% 的Ni基合金钎料和2-10%的金属Mo粒子。
本发明技术方案的，所述Ni基合金钎料本体成分按照质量比为83%Ni，7%Cr，4%Fe，3%Si，3%B，所述金属Mo粒子占Ni基复合钎料的体积百分比为：2％-10％。
本发明技术方案的，所述Ni基钎料和金属Mo粒子均为微米级球形粉末，其中Ni基钎料的粒径为45-53µm，金属Mo粒子粒径为5-10µm，金属Mo粒子纯度≧99%。
本发明技术方案的，由Mo粒子掺杂Ni基复合钎料在真空电阻加热炉中将人造单晶金刚石钎焊到1045钢上。
本发明技术方案的，所述钎焊人造单晶金刚石粒径为420-500µm，Mo粒子掺杂Ni基复合钎料涂敷在1045钢基体上的厚度为200µm。
本发明技术方案的，所述真空电阻加热炉内最高钎焊温度：1025℃，保温时间：15min，炉内真空度：1´10-3Pa。
本发明技术方案的，所述真空电阻加热炉内升温速率为10℃/min，降温为随炉自然冷却至室温。
本发明的另一方面提供一种新型复合钎料的制备方法，包括以下步骤：步骤1)、按照体积份数计取90–98%镍基合金钎料本体和2-10% Mo粒子。步骤2)、将两种微米级球形粉体进行机械球磨，使其均匀混合。步骤3)、球磨后的Mo粒子掺杂Ni基复合钎料中滴入适量液体石蜡，制备成膏状复合钎料。
本发明技术方案的，所述步骤2）中球磨机转速为500r/min，球料比为10:1，机械球磨时间为60min。
与现有技术相比，本发明的一种新型复合钎料及其制备方法的有益效果在于：（1）本发明的掺杂相为微米级球形金属Mo粒子，经过机械球磨后形成的Mo粒子掺杂Ni基复合钎料可以有效提高钎焊金刚石接头的界面强度。微米级金属Mo粒子均匀分布在复合钎料中，Mo粒子在复合钎料的冷却凝固过程中起到了硬质形核点的作用，细化了Ni复合钎料的金相组织。同时，未融化的金属Mo粒子还对Ni基复合钎料起到了弥散强化作用，提高了Ni基复合钎料的耐磨损性能。
(2) 微米级金属Mo粒子的热膨胀系数低和杨氏模量适中的特点，有效的中和了金刚石与Ni基合金钎料、1045钢基体间在这两方面的巨大差异，成功缓解了钎焊界面处的残余应力，残余应力的减小极大的降低了微裂纹的出现，大大提高了钎焊金刚石接头的界面连接强度。
(3)本发明掺杂相Mo粒子占Ni复合钎料的体积百分比为2％～10％。Mo粒子体积占比低于4%时，钎焊金刚石接头内部残余应力的缓解程度不明显。Mo粒子体积占比高于7%时，尽管钎焊金刚石接头内部残余应力缓解程度明显，但Ni基复合钎料的流淌性明显降低，严重影响了复合钎料对金刚石的润湿性，钎焊效果不理想。申请人通过钎焊金刚石工具的实验验证，当Mo粒子占比为6%时，Ni复合钎料既保持了良好的润湿性，又明显缓解了钎焊金刚石内部的残余应力，钎焊界面和金刚石周围的微裂纹的大大减小。
(4)本发明通过机械球磨可以直接将Ni基合金钎料本体和掺杂相金属Mo粒子制备成混合均匀的复合钎料，操作简单高效，生产成本低，滴入适量液体石蜡制成的膏状Mo粒子掺杂镍基复合钎料涂抹方便，易于保存，不易失效。因此本发明在钎焊金刚石工具领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例中Mo粒子掺杂Ni基复合钎料示意图；
图2为本发明实施例中Mo粒子掺杂Ni基复合钎料钎焊金刚石颗粒的内部最大残余应力图；
图3为本发明实施例中Mo粒子掺杂Ni基复合钎料钎焊金刚石的扫描电镜图；
图4为本发明实施例中Mo粒子掺杂Ni基复合钎料钎焊金刚石的表面生成碳化物的扫描电镜图；
图中序号如下：1-钎料、2-微纳米粉体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图2、图3和图4所示的一种新型复合钎料，包括Ni基合金钎料本体和金属Mo粒子，所述复合钎料的组分按照体积比为90-98% 的Ni基合金钎料和2-10%的金属Mo粒子。
本发明新型复合钎料优选的，Ni基合金钎料本体成分按照质量比为83%Ni，7%Cr，4%Fe，3%Si，3%B，所述金属Mo粒子占Ni基复合钎料的体积百分比为：2％-10％。
本发明新型复合钎料优选的，Ni基钎料和金属Mo粒子均为微米级球形粉末，其中Ni基钎料的粒径为45-53µm，金属Mo粒子粒径为5-10µm，金属Mo粒子纯度≧99%。
本发明新型复合钎料优选的，由Mo粒子掺杂Ni基复合钎料在真空电阻加热炉中将人造单晶金刚石钎焊到1045钢上。
本发明新型复合钎料优选的，钎焊人造单晶金刚石粒径为420-500µm，Mo粒子掺杂Ni基复合钎料涂敷在1045钢基体上的厚度为200µm。
本发明新型复合钎料优选的，真空电阻加热炉内最高钎焊温度：1025℃，保温时间：15min，炉内真空度：1´10-3Pa。
本发明新型复合钎料优选的，真空电阻加热炉内升温速率为10℃/min，降温为随炉自然冷却至室温。
本发明的一种新型复合钎料的制备方法，包括以下步骤：步骤1)、按照体积份数计取90-98%镍基合金钎料本体和2-10%Mo粒子。步骤2)、将两种微米级球形粉体进行机械球磨，使其均匀混合。步骤3)、球磨后的Mo粒子掺杂Ni基复合钎料中滴入适量液体石蜡，制备成膏状复合钎料。
本发明新型复合钎料优选的，所述步骤2）中球磨机转速为500r/min，球料比为10:1，机械球磨时间为60min。
实施例1：本发明的一种新型复合钎料的制备方法（钎焊金刚石工具用Mo粒子掺杂Ni基复合钎料），
步骤1)、按照体积分数比计取Ni基合金钎料94份和金属Mo粒子6份。
步骤2)、将两种球形金属粉末进行球磨使其均匀混合，磨机转速为500r/min，球料比为10:1，机械球磨时间为60min。
步骤3)、球磨完成后的Mo粒子掺杂镍基复合钎料中滴入适量的液体石蜡，制备成复合钎料膏。
步骤4)：Mo粒子掺杂Ni基复合钎料涂敷在1045钢基体上的厚度为200 µm，在真空电阻加热炉中将单晶人造金刚石钎焊到1045钢上，最高钎焊温度为1025℃，保温时间为15min，炉内真空度为1´10-3Pa，真空电阻加热炉内升温速率为10℃/min，降温为随炉自然冷却至室温。
实施例1中制成的Mo粒子掺杂Ni基复合钎料，钎焊后对人造单晶金刚石润湿性良好，钎料合金沿金刚石表面向上爬升，形成山丘状轮廓，对金刚石粒子提供了牢固的把持力。金刚石粒子与基复合钎料在钎焊过程中发生化学反应，在金刚石表面生成碳化物。同时，通过拉曼光谱法测到的金刚石接头内部的残余应力大小也出现了明显下降，界面微裂纹数量大大减小，接头连接强度显著提高。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种新型复合钎料，其特征在于：包括Ni基合金钎料本体和金属Mo粒子，所述复合钎料的组分按照体积比为90-98% 的Ni基合金钎料和2-10%的金属Mo粒子。
2.根据权利要求1所述的一种新型复合钎料，其特征在于：所述Ni基合金钎料本体成分按照质量比为83%Ni，7%Cr，4%Fe，3%Si，3%B，所述金属Mo粒子占Ni基复合钎料的体积百分比为：2％-10％。
3.根据权利要求1所述的一种新型复合钎料，其特征在于：所述Ni基钎料和金属Mo粒子均为微米级球形粉末，其中Ni基钎料的粒径为45-53µm，金属Mo粒子粒径为5-10µm，金属Mo粒子纯度≧99%。
4.根据权利要求1所述的一种新型复合钎料，其特征在于：由Mo粒子掺杂Ni基复合钎料在真空电阻加热炉中将人造单晶金刚石钎焊到1045钢上。
5.根据权利要求4所述的一种新型复合钎料，其特征在于：所述钎焊人造单晶金刚石粒径为420-500µm，Mo粒子掺杂Ni基复合钎料涂敷在1045钢基体上的厚度为200µm。
6.根据权利要求4所述的一种新型复合钎料，其特征在于：所述真空电阻加热炉内最高钎焊温度：1025℃，保温时间：15min，炉内真空度：1´10-3Pa。
7.根据权利要求4所述的一种新型复合钎料，其特征在于：所述真空电阻加热炉内升温速率为10℃/min，降温为随炉自然冷却至室温。
8.一种新型复合钎料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1)、按照体积份数计取90–98%镍基合金钎料本体和2-10% Mo粒子；
步骤2)、将两种微米级球形粉体进行机械球磨，使其均匀混合；
步骤3)、球磨后的Mo粒子掺杂Ni基复合钎料中滴入适量液体石蜡，制备成膏状复合钎料。
9.根据权利要求8所述的一种新型复合钎料，其特征在于：所述步骤2）中球磨机转速为500r/min，球料比为10:1，机械球磨时间为60min。
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| 杨展等: "《新型金刚石钻头研究》", 30 November 2012 * |
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