专利名称：钎料、钎剂及其用途的制作方法
技术领域：
本发明是关于钎料、钎剂及其用途的技术、特别是涉及低银钎料在金刚石工具上钎焊的技术。
用于钎焊技术上的钎料、钎剂早已在工业上成熟、广泛地应用，在专业教科书上都有详尽的介绍。如“焊接方法及设备”(邹僖，魏月贞，机械工业出版社，1981年第一版。)对钎料及钎剂和钎焊技术都有详尽的说明。但就低银钎料而言，所用的钎剂及钎焊技术介绍很少，目前国内外资料报道也很少见，而用于金刚石工具钎焊的低银钎料、钎剂及钎焊技术尚未见有报道。在已知的含Ag钎料中，应用最广泛的是含Ag量在50%左右或大于50%。低于40%Ag的钎料应用较少，Ag含量低于10%的就更少，而且没能应用于实际生产，因为这类低Ag钎料尚无令人满意的钎剂配合使用、焊接效果不佳。特别是大部份Ag钎料都含有一定数量的Cd金属成份，而Cd在钎焊过程中有部分气化，弥漫于空气中，毒化环境，影响操作人员健康。即使这样，低Ag钎料用于金钢石刀具焊接的先例也还没有出现。已知的金刚石工具的钎焊，一直采用Ag 50%左右的钎料及与之相配套的钎剂，如牌号“HL313”Ag50±1.0%，Cu15.5±1.0%，Zn16±2.0%，Cd18±1%，熔点是625～635℃之间，用的钎剂牌号“QJ102”，其化学组成大体上是KF42±2%，KBF423±1%，B2O335±1%。用于金刚石工具的高频钎焊，技术是成熟的，效果是令人满意的，但由于含Cd，其毒性令人不安，而且由于Ag是贵金属，价格也较高。为了减少银的消耗，降低金刚石工具的成本，消除Cd毒对人们健康的威胁，同时采用低银钎料可推出金刚石工具新产品，我们开展了新的研究工作。
本发明的目的之一，在于研究解决一种低银钎料及与之相配合的钎剂，使之适合金刚石工具的钎焊要求，推出新品种金刚石刀具。
本发明的目的之二是针对研究出的低银钎料及钎剂，研究解决金刚石工具的钎焊技术。
本发明的第三个目的是不仅研究适合金刚石刀具钎焊的低银钎料，而且要在钎料中消除Cd金属成份，以保护环境及操作人员的健康。
本发明的第四个目的是研究解决一种广谱的钎剂，使所研究出的钎料具有广泛的适应性。不仅可用于低银钎料的钎焊，也可用于高银钎料的钎焊，甚至适用于Ag 5%的低银钎料;不仅适用于金刚石工具的钎焊，也适用于其它金属或合金之间的钎焊，也可用于火焰加热的熔焊。
用于金刚石工具钎焊的低银钎料是本行业技术上的空白，其技术关键就是解决低银钎料的组成，这种组成的钎料，它的熔化范围必须满足金刚石工具钎焊时的温度要求，对被焊接材料有充分的浸润能力和足够强的粘接力。本领域的技术人员都知道，金刚石刀具是由金刚石刀头和金属或合金基体钎焊组成的，金刚石刀头是由一定量的各种粒级配合的金刚石粉体和足够量的金属基或合金基粉体，按照粉末冶金的技术，热压或烧结而成的假合金体，有铜基假合金金刚石胎体(或叫压块)，有钴基假合金金刚石胎体，WC基假合金金刚石胎体等等。将上述金刚石胎体经过钎焊焊接到金属基体上，如65Mn钢、T8钢或45＃钢等就能形成金刚石的工具，如金刚石园锯、带锯、铣磨工具、滚铣刀具、钻头、薄壁钻等等。金刚石的化学性质之一就是在空气中，在一定高温下有被氧化的危险，一般的人造金刚石，超过850℃就明显被氧化，时间越长，氧化越严重，就是最耐高温的黑色金刚石，其抗氧化温度也在960℃以下。所以金刚石工具的钎焊温度在900℃以下，最好别超过850℃，那么钎料的熔点必须在800℃以下。在熔点温度下，钎料能够迅速熔化，并在钎剂的帮助下充分浸润被焊物的表面、快速地铺展开，填塞焊缝，发挥其连接作用。
在金刚石工具的钎焊中，由于金刚石刀头和金属基体的接触面都比较小，接触面的间隙也要求窄，所以要求所使用的钎料具有一定宽度的并具有足够薄的带卷，而已有的含银钎料，Ag含量低的(30%以下的)，较脆、较硬，别说轧制成薄的带卷，就是拉成一定小直径的线卷也存在很多困难。为了实现低银钎料在金刚石工具钎焊中的应用，发明人在低银钎料的配方中作了反复试验，调整各组份的比例，增加必要的金属成份，精细地控制其组成，获得了满意的效果。
本发明低银钎料的组成首先消除了有毒金属镉(Cd)，控制Ag量不超过30%，再调整其它成份，整个配料的组成范围如下Ag26～30%，Cu36～40%，Zn28～32%，Sn≤5%，该组成合金的熔点为650～750℃。实验表明Ag低于26%，Sn高于5%不仅熔点升高，而且硬度和脆性均不宜于轧制成薄带。Sn的最佳含量应是2～2.5%之间。按照上述组成冶炼出来的低银钎料可拉制成φ0.3mm以上的线材，可轧制成0.2mm厚度，具有一定宽度的薄带卷，用于金刚石工具钎焊的低Ag钎料是以薄带卷的形式供货的。
本发明钎料的一个典型的实例，其组成是Ag30%，Cu40%，Zn27.5%，Sn2.5，它可制成φ0.3mm以上的线卷和0.2mm×3-10mm的薄带卷。
上述钎料不仅特别适用于金刚石工具的钎焊，而且在本发明钎剂的配合下，可广泛适用于电子工业、机械工业的有关钎焊要求，获得满意的效果。
适宜的钎料必须用合适的钎剂来促进焊接，钎剂是在钎焊过程中配合钎料共同使用的，它能保证钎焊过程顺利进行，促使被钎焊的界面间获得足够强度的致密连接，在化学上具有相当触媒或催化剂的作用，它的物理化学作用的机理就是改善熔化了的钎料对被焊材料界面的浸润性，提高钎料的浸润能力，在浸润发生之前，在高温作用下的钎剂首先发挥其去除被焊材料表面氧化物的作用，为钎料的铺展开道。同时又能保护钎料和被焊物界面在钎焊过程中不被氧化，而在钎焊完成后，钎剂本身几乎全部被排挤在焊缝之外，成为焊渣被清除掉。
已有的钎剂在实践中证明不能满足低Ag钎料在金刚石工具钎焊中的要求，即使其它领域使用的低银钎料，也正在寻求新的钎剂，以获得满意的焊接效果。
本发明的钎剂，在研究已有钎剂的配方的基础上，调整钎剂配方，增加必要的成份，组成一种具有广泛适应性的钎剂。改进的主要内容是采取碱金属氟化物的混合使用，过去的钎剂大都单一使用KF，而本发明钎剂则使用KF、NaF和LiF的混合物，同时添加少量的B、Si、C的粉末。三种元素粉末可同时混合加入，也可单独使用。本发明钎剂的主要组成如下H3BO332-38% KBF415-21%，Na2B4O78-12% MeF＜38%(Me＝K+Na+Li)B粉加硅粉和碳粉的总量在3%以下。根据钎剂在钎焊过程中作用机理可知，它必须在钎料熔化之前，发挥作用，为钎料的熔化流展开道，又必须在钎料熔体固化的同时，被排挤出焊缝之外，以保护高温下的钎料及被焊界面不被氧化，从而保证焊接强度，确保焊接质量。从钎剂开始发挥作用到钎剂被排出焊缝之外的整个温度区间，称为钎剂的活性温度范围。由此可见，钎剂的活性温度范围越宽，这种作用就越容易实现。本发明钎剂的活性温度范围比较宽，大约在600℃～850℃之间，其活性温度超过200℃，它具有广泛的适用性。过去的钎剂针对不同钎料和焊接对象有些对号入座的限制，要根据钎料和焊接对象来选择，选择不当则影响钎焊效果。本发明的钎剂则大大打破了这一限制，它对含银5%以上的所有钎料，只要在该钎剂的活性温度范围之内都适用，还特别适用于金刚石工具的低Ag(26～30%)钎料的钎焊。它不仅适用于钎焊，而且也可用于火焰熔焊。
在钎剂配制中，各种化学原料可采用有结晶水的制剂，碱金属氟化物限制在38%以下，KF、LiF、NaF的比例限制不严格，但任何一种都不得少于3%。配制用的原料，化合物应当粉碎至-200目，元素B、Si、C应当粉碎至-300目。配成膏状或糊状物时，在100℃以下加热、搅拌并均匀加入适量的蒸馏水，制成容重为1.5～2.5g/cm3的膏状或糊状物，也可作成粉状混合物，粉状物适用于火焰熔焊工艺。制做本钎剂的实例之一是NaF、KF、LiF以1∶1∶1的比例其总量36%，H3BO335%，KBF418%，Na2B4O710%，B 2%，混匀后，在100℃加热下搅拌加H2O 10%，做成棕色膏状物，容重约2g/cm3。
本发明的重要目的是实现金刚石工具的低银钎焊，以降低银的消耗，降低生产成本，消除钎料中Cd的公害，同时推出新钎料钎焊的金刚石工具新产品。针对这一目的研究的低银钎料，钎剂，经过金刚石工具钎焊技术的改进，已完全满足要求。低银钎料钎焊金刚石工具的工艺条件是采用高频钎焊技术，用上述发明钎料和钎剂，钎料与钎剂的用量比例1∶0.6～1，在700℃～850℃温度下，保持0.5～3秒的时间，获得新型钎料钎焊的金刚石刀具，平均焊接强度达到用50%Ag钎料钎焊的水平，焊接面剪切强度达到179.5N/mm2。不论是Cu基、Co基还是WC基的金刚石胎体，也不论是和65Mn钢、T8钢还是45＃焊接，上述钎料、钎剂及钎焊工艺都满足要求，都能获得焊接层的钎料组成为Ag 26-30% Cu 36-40% Zn 28-32% Sn 2.0-2.5%的新型金刚石工具。
权利要求
1.一种不含镉的银铜钎焊料，由Ag、Cu、Zn、Sn等组成，其特征在于Ag26-30%，Cu36-40%，Zn28-32%，Sn≤5%。
2.按照权利要求1所规定的钎料，其特征在于所说的Sn，其含量为2～2.5%。
3.按照权利要求1或2所规定的钎料，其特征在于所说的钎料是以φ0.3mm以上线卷和0.2mm×3-10mm带卷为产品形式。
4.一种适于银钎料钎焊的钎剂，由H3BO3、Na2B4O7、KBF4，KF等组成，其特征在于H3BO332～38%，Na2B4O78-12%，KBF415～21%，MeF＜38%(Me＝K+Li+Na)，B+Si+C的总量小于3%。
5.按照权利要求4所规定的钎剂，其特征在于所说的碱金属氟化物，KF、NaF和LiF，在配料中任何一种不得少于3%。
6.按照权利要求4所规定的钎剂，其特征在于所说的B粉，Si粉和C粉可以共同使用，也可单独使用，且必须在-300目以下。
7.按照权利要求1-3所规定钎料和4-6所规定的钎剂的一种用途，其特征在于钎焊Cu基、Co基或WC基的假合金金刚石胎体节块和65Mn钢、T8钢或45＃钢等金属或合金基体，形成金刚石工具，采用高频钎焊技术，钎料和钎剂的比例为1∶0.6-1，钎焊温度在700～850℃，高温钎焊时间为0.5～3秒钟。
8.按照权利要求7所规定的技术钎焊完成的金刚石工具，由Cu基、Co基或WC基的假合金金刚石胎体节块和65Mn钢、T8钢或45＃钢的金属基体组成，其特征在于金刚石胎体与金属基体之间的钎料层的组成为Ag26-30%，Cu36-40%，Zn28-32%，Sn≤5%。
全文摘要
本发明是关于钎料、钎剂及其用途的技术，特别涉及金刚石工具低银钎料钎焊的技术。它公开了一种低银无Cd钎料及与之相配合的钎剂组成，也公开了使用上述低银钎料、钎剂钎焊金刚石胎体与金属基体的工艺条件，经本发明钎焊的各种金刚石工具，其钎焊接头的抗剪切强度达到高银钎料钎接的水平，指标为179.5N/mm
文档编号B23K35/28GK1049624SQ9010432
公开日1991年3月6日 申请日期1990年6月14日 优先权日1990年6月14日
发明者常忠敏, 梅品修, 宋理莉, 史历, 周育先 申请人:国家建筑材料工业局人工晶体研究所, 上海有色合金线材厂