金剛石與45鋼釬焊用無鎘銀基釬料的研究

2022-05-23 12:20 鄭州市豪諾焊接材料有限公司王海彬

金剛石與45鋼釬焊用無鎘銀基釬料的研究

鄭州市豪諾焊接材料有限公司王海彬

摘要本文研究了金剛石與45號鋼的釬焊材料QL107。QL107是以銀為主加元素，通過添加微量元素Ti、In，獲得的釬料熔點在650～780℃之間。即增強了金剛石的把持力，又避免了金剛石的高溫受熱損傷。釬料與金剛石的結合是靠形成致密的碳化物層來達到結合的目的，而釬料與45號鋼靠擴散形成擴散層結合。該釬料使金剛石及其制品的性能價格比大幅度提高。

關鍵詞金剛石釬料銀焊條銀釬料銀焊片銀焊膏銀焊絲

0 前言

隨著我國國民經濟建設事業(yè)的發(fā)展，對于人造金剛石及其制品的應用越來越廣泛，在刀具、鉆探、拉絲、修整工具、耐磨器件等領域得到了長足的發(fā)展。但是目前我國的人造金剛石及制品無論在產品品種、質量、技術水平和應用范圍等方面與工業(yè)發(fā)達國家仍存在相當大的差距。各類金剛石工具都是由金剛石顆粒與結合劑形成的特種材料制品，人造金剛石及其制品的產品質量除了受金剛石和結合劑本身性質的影響外，金剛石與結合劑之間的結合狀態(tài)對工具性能也有重要影響。圖1簡要說明了各類因素對工具性能的影響。銀焊條-金剛石釬料

金剛石與結合劑強力粘結，避免在工作時脫落，是各類金剛石工具的普遍要求。這一點與普通磨料磨具的自銳性來自磨料脫落和磨料碎裂是不同的，因為普通的磨料磨具中含磨料體積很大（30~62%），而金剛石工具中金剛石磨料體積一般只有8~15%（濃度30~62），金剛石過早脫落后，剩下的主要是光滑的胎體，使工具失去切削能力。通過有效手段實現金剛石與粘結劑的強力粘接，防止了金剛石磨料早期脫落，金剛石出刃增高，這樣不僅可以大大提高工具壽命，還會明顯提高工具的鋒利度。多年的理論和工業(yè)實踐表明，實現金剛石與結合劑的強力結合，并合理選用金剛石的品級和投放量，是制造高性能金剛石工具的關鍵^[1~5]。

本文主要研究如何通過調整銀基釬料的成分，以達到對金剛石與45號鋼的連接。本課題的研究可以大大提高人造金剛石及制品的使用壽命及質量。

1 釬料成份設計

胎體對金剛石的粘結，不是機械鑲嵌在胎體中，而是形成強烈化學鍵結合，即冶金結合，使金剛石焊在胎體上，要實現上述目的，必須采用強碳化物形成元素，如Ti、W、Cr、Mo、V等，這些元素與金剛石有很強的化學親和力，可以形成相應的碳化物，外延生長在金剛石上，這些在金剛石表面外延生長的碳化物與金剛石強力結合，同時具有高強、高硬、化學穩(wěn)定、熱穩(wěn)定的特性。欲達到強力冶金結合，除了有鈦這種成分，還必須形成碳化物，且碳化物直接生長在金剛石上。

釬料中必須有強碳化物形成元素，如鈦、鉻、鉬、鎢、釩、鈮、鉭、鎬及他們的合金，其中絕對不能含有高溫下促進石墨化的元素鐵、鈷、鎳，因為觸媒的雙向作用，高溫下這些元素會使金剛石表面石墨化（碳化），使碳化物與金剛石之間失去接合強度。所以我們設計釬料成分如表1所示。

表1 釬料化學成分

化學成份	Ag	Cu	Zn	Ti	Zr
QL105	60	23	17
QL106	60	23	14	3
QL107	60	23	14	2	1

2 工藝參數的設計

結合是靠碳化物形成在金剛石上，但是碳化物的形成是受原子擴散遷移控制的緩慢過程，需要在一定的溫度下較長時間的保溫。釬焊時需要一定的溫度和時間，其目的就在于：釬料中的鈦與金剛石界面形成極薄的而且完整的碳化物，這樣就保證了任何結合劑配方制成的金剛石燒結工具中金剛石與金屬胎體的強力焊接結合，避免金剛石的脫落現象，也防止了工具的燒結過程中金剛石受結合劑碳化侵蝕造成強度和抗沖擊性下降。由于在空氣中鈦容易氧化燒損，失去作用，結合劑中的鐵、鈷、鎳元素首先將金剛石石墨化，所以必須采用真空釬焊或氬氣保護釬焊，所用氬氣必需是高純氬氣，它的凝點需在-54℃以下。國內外大量研究表明：鈦與金剛石反應形成碳化鈦的*低溫度是600℃，而人造金剛石在750℃開始，尤其是800℃以上，即是在高真空下，也會出現不同程度的強度下降。所以要求在滿足工藝目的的前提下，盡量降低金剛石受熱的溫度和時間是避免金剛石品質下降的關鍵。所以釬焊溫度應選在600~800℃之間。綜上所述，釬焊工藝參數如表2所示。

表2 釬焊工藝參數