一种金刚石磨具用钎焊活性钎料的制作方法

本发明属于钎焊材料技术领域，具体涉及一种金刚石磨具用钎焊活性钎料。

背景技术：

传统金刚石工具胎体材料对金刚石的包裹力较低、金刚石难以出刃或易脱落。

随着材料行业的发展，对金刚石工具的使用性能要求越来越高，然而金刚石工具焊接还存在很多难点，如：一般金属及合金在其表面难以润湿；金刚石的线膨胀系数低于一般金属材料，易形成热应力；高温下金刚石发生碳化，其钎焊温度受到限制。

为此钎焊技术被应用于金刚石工具制作，国内外学者进行大量研究发现，采用活性钎焊材料，可显著提高钎料在金刚石表面的润湿性，形成钎料与金刚石间的冶金结合，获得优越的使用性能。

目前钎焊金刚石活性钎料合金主要有镍基、铜基、银基三类。其中镍基钎料钎焊温度较高，金刚石容易出现热损伤；银基钎料和铜基钎料钎焊温度较低，但银基钎料成本较高，铜基钎料相对于镍基钎料和银基钎料，成本较低，且接头性能与银基钎料相近，大大节约了成本。中国专利cn101913036b公开了钎焊金刚石工具用铜锡钛钎料，该专利钎料可在800℃以下得到完全液相，使用该活性钎料钎焊石墨和45号钢接头剪切强度为301.4mpa。中国专利cn101913036a公开了一种钎焊金刚石工具用铜锌钛钎料，该专利钎料熔点较低，石墨与基体冶金结合强度高，使用该活性钎料钎焊石墨和45号钢接头剪切强度达到309.3mpa。铜基钎料目前主要有铜锡钛钎料、铜锌钎料等，但此类钎料由于锡的加入，会使合金变脆，不利于金刚石工具的使用。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种金刚石磨具用钎焊活性钎料，能够增加钎焊过程中金刚石与基体结合强度，提高润湿性，且熔点较低。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种金刚石磨具用钎焊活性钎料，其特征在于：钎焊活性钎料按质量百分比包括：60%~72%铜、15%~21%锌、6%~9%钛、2%~6%锰、2%~3%硅、1%~2%铬和0.3%~0.7%锆。

进一步的，所述的铜、锌、钛、锰、硅、铬和锆均为纯金属。

进一步的，所述钎焊活性钎料按质量百分比包括：62%~72%铜、17%~21%锌、7%~9%钛、3%~6%锰、2%~3%硅、1%~2%铬和0.4%~0.7%锆。

进一步的，所述钎焊活性钎料按质量百分比包括：62%~70%铜、17%~20%锌、7%~8%钛、3%~5%锰、2.5%~3%硅、1.5%~2%铬和0.4%~0.6%锆。

进一步的，所述钎焊活性钎料按质量百分比包括：64%~68%铜、17%~18%锌、7.5%~8%钛、3%~4%锰、2%~3%硅、1.5%~2%铬和0.4%~0.5%锆。

进一步的，钎焊活性钎料按以下步骤制备：

步骤一、将质量百分比将各原料加入真空电弧熔炼炉水冷坩埚的底部；

步骤二、用脉冲电弧熔炼步骤一中的原料，脉冲电弧熔炼的真空度为2.5x10^-3pa~5x10^-3pa，电极电流为190~220a，每次熔炼时间为2~5min，熔炼得合金溶液；

步骤三、将步骤二中的合金溶液冷却至室温，再重复步骤二进行下一次熔炼，反复熔炼4~7次，冷却得钎焊活性钎料。

进一步的，真空电弧熔炼炉的炉腔内还通入纯氩气进行熔炼保护。

本发明的活性钎料，主要含有铜、锌、钛，在铜锌钛活性钎料基础上复合添加锰、硅、铬、锆，所得钎料合金熔点低，在800℃即可获得完全液相，且强度高，活性钎料焊接石墨/45号钢的剪切力能够达到360mpa，钎焊时使金刚石与基体形成牢固冶金结合，结合强度高，对金刚石把持力高。

本发明是基于下述各元素的特性原理而选择作为钎料的制备原料的：锌可以降低铜合金熔点，锌与铜可形成强度和塑性良好的固溶体，达到固溶强化的作用，但合金锌含量超过一定值后，组织中会形成β、γ等脆性相；钛为活性元素，可与碳形成化合物，形成牢固的冶金结合；锰可以提高高温强度、改善润湿性，又能降低熔点；硅可以降低钎料熔点，防止锰的蒸发，提高润湿性；铬或锆能够与碳化物形成元素，可提高润湿性，形成牢固结合。

本发明的有益效果为：

1、本发明的一种金刚石磨具用钎焊活性钎料，在铜基钎料中添加锌，提高了强度；同时添加活性元素钛、硅、铬、锆，可以使金刚石、钎料、基体间形成牢固冶金结合，进一步提高强度；添加锰元素，可以改善润湿性，并降低熔点，提高综合性能，从而获得与金刚石工具性能要求相匹配的钎料；钎料塑性好，可加工成片、粉等形状，工艺简单；

2、真空电弧熔炼炉是制备活性合金钎料的理想设备，但常见的炉体采用强制水冷的铜坩埚的方法，会造成熔炼铸锭各区域成分不均匀，本发明经过反复熔炼可获得成分均匀的铸锭。

附图说明

图1为金刚石/活性钎料扫描电镜图。

其中，图中各标号为：a、金刚石；b、金刚石/活性钎料界面；c、活性钎料。

具体实施方式

为了本领域的技术人员能够更好地理解本发明所提供的技术方案，下面结合具体实施例进项阐述。

实施例1

本实施例的活性钎料合金，由以下质量百分比的组分组成：铜66%、锌18%、钛7.5%、锰4%、硅2.5%、铬1.5%、锆0.5%。

钎焊活性钎料的制备方法为：将原料加入真空电弧熔炼炉水冷坩埚底部，脉冲电弧熔炼，真空度为2.5x10^-3pa，电极电流为190a，每次熔炼时间为3min，冷却至室温后进行下一次熔炼，反复熔炼5次直至铸锭成分均匀，所述的一种金刚石磨具用钎焊活性钎料的制备方法，真空电弧熔炼炉的炉腔内环境为纯氩气保护。

本实施例的活性钎料合金在810℃以下即可获得完全液相；在本发明的活性钎料的表征中，由于钎焊金刚石颗粒很难量化金刚石和基体的钎焊结合强度。而石墨和金刚石的元素都是碳，所以，以基体钎钎焊石墨为剪切试样，量化碳和基体的结合强度，进而证明基体与金刚石颗粒的结合强度。具体以本实施例制备的活性钎料为原料，制备活性钎料钎焊石墨剪切样品，并测定本实施例的活性钎料钎焊石墨和45号钢的剪切强度，该活性钎料钎焊石墨/45号钢接头剪切强度可达369.2mpa。

图1为本实施例的金刚石/活性钎料的扫描电镜图片，a区域为金刚石区域，b区域为金刚石/活性钎料界面区，c区域为活性钎料区；从图中可以看出，金刚石光滑完整，没有产生明显的热损伤现象。并且金刚石和活性钎料之间的界面结合良好。

实施例2

本实施例的活性钎料合金，由以下质量百分比的组分组成：铜66%、锌18%、钛7.5%、锰4%、硅2.5%、铬1.5%、锆0.5%。

钎焊活性钎料的制备方法，具体工艺包括如下步骤：将原料加入真空电弧熔炼炉水冷坩埚底部，脉冲电弧熔炼，真空度为5x10^-3pa，电极电流为220a，每次熔炼时间为5min，冷却至室温后进行下一次熔炼，反复熔炼7次直至铸锭成分均匀，所述的一种金刚石磨具用钎焊活性钎料的制备方法，真空电弧熔炼炉的炉腔内环境为纯氩气保护。

本实施例的活性钎料合金在800℃以下即可获得完全液相；该活性钎料钎焊石墨/45号钢接头剪切强度可达371.7mpa。

实施例3

本实施例的活性钎料合金，由以下质量百分比的组分组成：铜72%、锌15%、钛6%、锰3%、硅2%、铬1.5%、锆0.5%。

活性钎料制备方法，具体工艺为：将原料加入真空电弧熔炼炉水冷坩埚底部，脉冲电弧熔炼，真空度为3x10^-3pa，电极电流为200a，每次熔炼时间为4min，冷却至室温后进行下一次熔炼，反复熔炼5次直至铸锭成分均匀，所述的一种金刚石磨具用钎焊活性钎料的制备方法，真空电弧熔炼炉的炉腔内环境为纯氩气保护。

本实施例的活性钎料合金在820℃以下即可获得完全液相；该活性钎料钎焊石墨/45号钢接头剪切强度可达362.1mpa。

实施例4

本实施例的活性钎料合金，由以下质量百分比的组分组成：铜72%、锌15%、钛6%、锰3%、硅2%、铬1.5%、锆0.5%。

钎焊活性钎料制备方法，具体工艺包括如下步骤：将原料加入真空电弧熔炼炉水冷坩埚底部，脉冲电弧熔炼，真空度为5x10^-3pa，电极电流为210a，每次熔炼时间为5min，冷却至室温后进行下一次熔炼，反复熔炼6次直至铸锭成分均匀，所述的一种金刚石磨具用钎焊活性钎料的制备方法，真空电弧熔炼炉的炉腔内环境为纯氩气保护。

本实施例的活性钎料合金在810℃以下即可获得完全液相；该活性钎料钎焊石墨/45号钢接头剪切强度可达365.5mpa。

实施例5

本实施例的活性钎料合金，由以下质量百分比的组分组成：铜60%、锌21%、钛9%、锰5.5%、硅2%、铬2%、锆0.5%。

钎焊活性钎料的制备方法为：将原料加入真空电弧熔炼炉水冷坩埚底部，脉冲电弧熔炼，真空度为3x10^-3pa，电极电流为220a，每次熔炼时间为3min，冷却至室温后进行下一次熔炼，反复熔炼5次直至铸锭成分均匀，所述的一种金刚石磨具用钎焊活性钎料的制备方法，真空电弧熔炼炉的炉腔内环境为纯氩气保护。

本实施例的活性钎料合金在830℃以下即可获得完全液相；该活性钎料钎焊石墨/45号钢接头剪切强度可达370.1mpa。

实施例6

本实施例的活性钎料合金，由以下质量百分比的组分组成：铜60%、锌21%、钛9%、锰5.5%、硅2%、铬2%、锆0.5%。

钎焊活性钎料的制备方法为：将原料加入真空电弧熔炼炉水冷坩埚底部，脉冲电弧熔炼，真空度为2.5x10^-3pa，电极电流为220a，每次熔炼时间为5min，冷却至室温后进行下一次熔炼，反复熔炼5次直至铸锭成分均匀，所述的一种金刚石磨具用钎焊活性钎料的制备方法，真空电弧熔炼炉的炉腔内环境为纯氩气保护。

本实施例的活性钎料合金在810℃以下即可获得完全液相；该活性钎料钎焊石墨/45号钢接头剪切强度可达368.3mpa。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。