钎焊技术在金刚石工具中的应用

简要介绍了金刚石工具、工具分类及其制造过程中用到的钎焊技术,分析了金刚石颗粒与基体的连接原理与形式,就金刚石工具行业国内外发展状况评述了钎焊技术的相应发展,阐述了预合金粉末的扩散钎焊现象及有益作用,探讨了钎焊材料、钎焊工艺和钎焊设备的协同规律,提出了金刚石工具行业钎焊技术的发展方向,为国内金刚石工具和焊接行业发展研究提供参考。     

磨粒真空预钎焊金刚石磨轮的研制及其加工性能分析

分别采用Cu-Sn-Ti合金、A合金稀释的Ni-Cr合金对金刚石真空预钎焊处理,将预钎焊磨粒与金属粉末混匀后热压烧结制作节块和磨轮,并进行磨轮对比磨削实验。由抗压强度、冲击韧性实验测试磨粒力学性能,由抗弯强度实验测试节块抗弯强度。由扫描电镜分析磨粒与胎体界面结合效果。结果表明:Cu基预钎焊磨粒预钎焊层分布均匀,力学性能比A-Ni基预钎焊磨粒提高;预钎焊节块抗弯强度高于常规节块;Cu基预钎焊磨粒与胎体结合致密,界面处Ti元素偏聚富集,Fe、Cu元素相互扩散,实现了牢固化学冶金结合;预钎焊磨轮加工性能明显优于常规磨轮,Cu基预钎焊磨轮锋利度比Ni基预钎焊磨轮提高约15%,实现了多层钎焊效果。     

钎料钎剂复合型绿色钎料研究进展

钎焊是制造业的关键基础技术之一,复合钎料是践行钎焊绿色化、自动化的重要手段,与传统钎料相比,复合钎料可实现钎剂定位—定温—定时—定量精准反应。综述了国内外钎料钎剂复合型钎料的分类和特点,分析了药芯钎料、药皮钎料、粉末合成钎料等的制备技术、成分设计和典型应用,指出了目前研究的不足,并对复合钎料未来的发展方向提出了建议:借助材料基因组技术开发高活性低排放的低银无镉钎料,持续创新复合钎料加工制备技术如搅拌摩擦加工、电磁致塑技术;加强质量监控、控形提性开发表面质量优良的连续型盘装、桶装药芯复合钎料以替代传统手工条状钎料,加速我国钎焊自动化进程。     

活性钎料真空单层钎焊金刚石

应用真空钎焊技术，分别采用含有强碳化物形成元素Cr，Ti的BNi2，CuSnNiTi活性钎料进行金刚石的单层钎焊，通过微分扫描式热分析(DSC)及界面能谱分析(EDS)表明，在一定的钎焊温度、时间及真空度下，金刚石与钎料及基体之间均可形成化学冶金结合，但结合的状况及锯切性能随钎料的不同而改变。磨削试验表明CuSnNiTi钎料制成的磨轮具有较高的锋利度和工作寿命。     

高品质高可靠性钎料的技术发展及应用

结合国际高品质钎焊材料的研究现状和未来发展方向,总结了新型铝基钎料、银基钎料、铁基钎料及钎焊技术的国内外最新研究进展与应用成果.AlSiCu基低熔点钎料具有较高的强度和较好的耐腐蚀性能,特别是添加微量稀土元素后能通过变质作用降低表面张力和促进界面元素扩散,适用于高强度铝合金、铝-钢、钛合金的连接.新颖的纳米多层膜低温钎料及涂层制备技术取得一系列新的研究结果,与钎焊技术相结合具有良好的应用前景;特殊的钎焊新技术,如超声波辅助钎焊、等离子-激光复合钎焊为实现无钎剂和非真空环境下材料的液相连接提供了新的解决方案.     

钎焊材料形态演变及其发展趋势

随着制造业高速发展,钎焊技术应用越来越广,并向绿色化、高效化、自动化和高可靠方向发展。钎焊材料形态对钎焊自动化和可靠性起着至关重要的作用。目前有关钎料的研究主要基于成分、性能、工艺性及应用领域等方面。对于钎料形态方面的系统研究还鲜有报道。在钎焊过程中,采用恰当形状的钎料,可以优化工艺和提高钎焊可靠性。本文以钎料几何形态为主线,系统总结了丝状/条状、棒状、粒状、箔带状、粉末状、膏状、药芯型、非晶态及预制成形等钎料的特点、应用范围、主要代表体系、制备方法及发展现状,重点阐述了粉末、药芯型和非晶态等钎料以及常用钎焊方法所适用的钎料形态。研究认为：未来钎焊材料形态发展方向是绿色、高效、低成本并适应新材料、自动化、数字化及智能化需求。     

铜磷钎料表观色度与表层成分演变的探讨

文中简述了铜磷钎料的应用和加工技术发展现状,结合生产实际测试铜磷钎料在热加工过程中表观色度和表层成分,引入表观色度来预判铜磷钎料表层微区成分,并探讨成分与色度的关系. 以BCu89AgP和BCu91AgP两种常用铜磷钎料为典型代表,测出了他们在不同工艺条件下色度和表层微区成分演变结果,分析了铜磷钎料的变色机理,结果表明,色度与成分存在着一定的对应关系,为生产应用提供了重要参考. 针对色度演变情况和成分演变规律,提出了几条铜磷挤压和拉拔工艺原则,标定了铜磷钎料实际生产中希望得到“玫瑰红”色的色度范围,给出了挤压温度和拉拔温度建议.     

基于钎料层厚度优化磨抛盘磨料粒度的仿真研究

采用热弹塑性有限元方法对钎焊金刚石磨抛盘真空钎焊过程进行建模与仿真,运用ABAQUS有限元分析软件,对其钎焊后冷却过程的瞬态温度场和应力场进行模拟,得出钎料层是影响磨抛盘钎焊后应力及变形量大小的重要因素。分析不同钎料层厚度时磨抛盘钎焊后的应力及变形量,合理确定在一定基体厚度情况下,钎料层厚度的最大值为0.2mm。结合钎料层厚度与磨粒高度的合理匹配关系,在理论上确定了钎焊金刚石磨抛盘可用的最大磨料粒度为30/35目。     

Brazing diamond grits onto a steel substrate using copper alloys as the filler metals

Surface-set diamond tools were fabricated by an active metal brazing process, using bronze (Cu-8.9Sn) powder and 316L stainless steel powder mixed to various ratios as the braze filler metals. The diamond grits were brazed onto a steel substrate at 1050 °C for 30 min in a dry hydrogen atmosphere. After brazing practice, an intermediate layer rich in chromium formed between the braze filler metal and diamond. A braze filler metal composed of 70 wt % bronze powder and 30 wt % stainless steel powder was found to be optimum in that the diamond grits were strongly impregnated in the filler metal by both mechanical and chemical types of holding. The diamond tools thus fabricated performed better than conventional nickel-plated diamond tools. In service, the braze filler metal wore at almost the same rate as the diamond grits, and no pullout of diamond grits or peeling of the filler metal layer took place.     

Cu-P基非晶钎料钎焊机理

采用CuP7．7Sn5．4Nil4Si0．2Zr0．04晶态与非晶钎料钎焊紫铜,通过微观手段对比分析了钎焊温度和保温时间对晶态与非晶态钎料钎焊接头成分和组织的影响．结果表明,CuP7．7Sn5．4Nil4Si0．2Zr0．04非晶钎料钎焊接头由界面区、扩散区以及钎缝中心区组成;随钎焊温度提高或保温时间增加,晶态钎料和非...     

空气中钎焊金刚石磨粒

利用活性钎料钎焊金刚石磨粒是一种新的金刚石工具的制造方法。采用高频感应钎焊的方法,用Ni—Cr合金粉末做钎料,适当的控制钎焊电流和钎焊时间,实现了金刚石与钢基体的牢固焊接。磨削实验表明用这种方法所制造的金刚石工具,金刚石磨粒与基体之间有着较高的结合强度,金刚石磨粒在整个加工过程中没有出现脱落的情况。     

新型含钯镍基钎料钎焊不锈钢接头的性能分析

对新型Ni-Pd-Ag-Cr-Si钎料钎焊1Cr18Ni9Ti不锈钢的接头性能进行了分析。结果表明,新型Ni-Pd-Ag-Cr-Si钎料对1Cr18Ni9Ti不锈钢有良好的润湿性;钎焊接头中,紧靠钎缝与母材界面的是与该界面平行的长条形齿状镍钯基固溶体致密组织。这种固溶体具有较高的强度和塑性,钎缝宽度为170μm时,钎缝仍具有较高的剪切强度,利于保证钎焊不锈钢产品质量不发生重大变化。     

金刚石工具真空钎焊钎料的适应性

应用真空钎焊技术，分别采用含有强碳化物形成元素Cr、Ti的BNi2、BNi7及自制的CuSnNiTi钎料试制了单层金剐石圆锯片，在一定的钎焊温度、时间及真空度下，金刚石与钎料及基体之间均可形成化学冶金结合，但结合的状况及锯切性能随钎料的不同而改变。试验证实自制的CuSnNiTi钎料钎焊温度低，焊接时金刚石的热损伤小，钎料与金剐石有很好的润湿性。不仅基体对金刚石有较高的把持力而且钎料与所切割的石材有很好的适应性。     

感应加热金刚石/镍基复合涂层微观组织与性能

采用感应加热的方式,在65Mn钢基体表面制备了金刚石质量分数为10%的复合镍基涂层,利用SEM、EPMA、XRD对钎涂接头的微观组织和相组成进行了分析,研究了感应钎涂中金刚石/钎料界面的元素扩散机制和形成机制。并利用干砂橡胶轮磨损试验机测试了涂层的耐磨性能,分析了金刚石/镍基涂层的耐磨增强机制。结果表明,钎涂层中钎料合金物相主要为Ni₄B₃、(Ni,Fe)固溶体、Ni₃Si₂、CrB;金刚石与钎料合金发生了冶金反应,金刚石/钎料合金界面的C元素分布促使金刚石表面出现了双层碳化物结构,分别为金刚石侧的Cr₃C₂和在Cr₃C₂表面生长的Cr₇C₃。金刚石复合涂层的耐磨性能显著优于钢基体,涂层60min磨损失重仅0.25g,为钢对比试样磨损失重的1/12,金刚石在磨损过程中起到了阻挡犁沟扩展的作用,涂层的失效机制为镍基合金磨损和金刚石的脱落。     

铜基钎料焊接金刚石的界面结构与强度

选用Cu-Sn-Ti活性钎料在钢基体上焊接金刚石磨粒,研究钎料合金与金刚石焊接界面的组织形貌与物相组成,分析不同钎焊温度对焊接界面结构及结合强度的影响.结果表明,钎料合金元素与金刚石在钎焊过程中发生化学反应,生成化合物TiC,CuTi和CuSn等,实现了铜基钎料、金刚石颗粒与钢基体之间的化学冶金结合.当钎焊温度为880～930℃时,均可获得连接良好的钎焊接头;钎焊温度900℃时,焊接界面形成的化合物层均匀连续且界面致密,此时在相同磨削条件下,钎焊金刚石试件的磨损失重很小,达到了焊接界面的强力结合.     

TC4钛合金/304不锈钢异种材料蜂窝结构钎焊工艺

采用Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni和Ag-28Cu两种钎料分别对TC4钛合金面板/304不锈钢蜂窝芯异种材料蜂窝结构进行了钎焊,对钎焊界面组织和蜂窝结构的力学性能进行了对比分析. 结果表明,Ti基钎料与304不锈钢蜂窝芯箔材界面润湿反应性能较差且Ti基钎料钎缝显微硬度较高,导致钎焊界面强度低,蜂窝拉伸力学性能差. Ag基钎料与304不锈钢蜂窝芯箔材和TC4面板均发生显著的界面反应,钎焊温度830 ℃,保温时间10 min时,蜂窝抗拉强度为10.35 MPa,呈蜂窝芯破坏特征. Ag基钎料蜂窝抗拉强度明显优于Ti基钎料结果,适用于TC4钛合金面板/304不锈钢蜂窝芯异种材料蜂窝钎焊.     

Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni钎焊钼的钎缝组织分析

采用Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni非晶钎料真空钎焊钼,获得Mo/Mo钎焊接头,研究钎焊过程液态钎料与母材的相互作用. 结果表明,液态Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni钎料与钼发生扩散–溶解,即母材钼向钎料中的溶解和钎料组分向母材的扩散. 随钎焊温度的升高,钼向钎料中溶解量增加,凝固后钼主要固溶在Ti基固溶体内;随钎焊温度的升高,发生钎料组分向母材晶间的扩散,当温度为900 ℃时,发生显著的晶间渗入现象. 为得到良好的钎焊接头,避免母材过量溶解和晶间渗入的发生,Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni钎料真空钎焊钼温度不宜高于900 ℃.     

钎焊地质金刚石钻头的试验与研究

为探索钎焊技术在地质金刚石钻头制造中的应用,本文在分析与比较钎焊法、电镀法和热压法各自优缺点的基础上,介绍了钎焊金刚石钻头的制作工艺,并采用N i-Cr合金钎料制作了35 mm、50mm、70 mm三种规格的薄壁钻头;对试制的钻头进行了室内钻进试验,钻进材料为混凝土、钢筋混凝土和花岗岩。试验发现,烧结温度和钎焊材料中添加剂的成分与含量对金刚石钻头的性能有着非常重要的影响,烧结温度为980℃时钻头的性能最好,加入低熔点的Cu合金可以明显改善钎料与基体的浸润性。钻进结果表明:钎焊地质金刚石钻头具有金刚石出刃高,钻进时效好,寿命长等优点,该技术在金刚石钻头领域的开发与运用中具有重要的意义。     

CVD金刚石膜的钎焊界面反应层及微结构

借助扫描电镜和电子探针,分析了金刚石与Ag-Cu-Ti活性钎料界面反应层的微观组织结构、界面新生化合物的形成机理以及焊接工艺条件对界面结构的影响,建立了钎焊接头界面结构物理模型.结果表明,在一定的钎焊工艺条件下,金刚石/钎料界面存在灰色的新生化合物TiC,与TiC相邻的是蜂窝状的TiCu相;接头断裂不仅仅发生在TiC相中,有时断裂也发生在TiCu层.钎焊加热温度、保温时间、钎料层的含Ti量对CVD金刚石厚膜与硬质合金的接头结构模型有重要影响.     

石墨烯纳米片对AgCuTi钎料熔点与润湿性的影响

采用球磨法在AgCuTi钎料中添加不同质量分数的石墨烯纳米片(GNSs)制备出复合钎料,利用差示扫描量热仪(DSC),SEM以及XRD等方法研究了微量的石墨烯纳米片对AgCuTi钎料微观形貌、熔点以及在蓝宝石表面润湿性的影响. 结果表明,球磨法对GNSs-AgCuTi复合钎料的物相没有影响,石墨烯均匀地分散在AgCuTi颗粒周围;复合钎料熔点随着石墨烯含量的增加而降低,当石墨烯含量为0.5%,熔点降低了3.2 ℃;微量的石墨烯,改善钎料在蓝宝石表面的润湿性,0.3%GNSs-AgCuTi复合钎料的润湿角减小了4.4°,铺展面积增加了10 mm2,而过多的石墨烯也使得复合钎料的润湿性变差;石墨烯与元素Ti反应生成TiC,复合钎料与蓝宝石界面反应产物为Ti₃Cu₃O相.