一种硬质合金钢复合刀具的制造方法技术

一种硬质合金钢复合刀具的制造方法，涉及一种复合刀具的制造方法。目的是解决硬质合金钢复合刀具制备时接头残余应力高和硬质合金的硬度降低的问题。方法：向硬质合金待焊面上的转移石墨烯，然后在硬质合金待焊面和钢制刀板待焊面中间放置钎料连接板，然后进行钎焊，钎料连接板由数层BNi2钎料箔片、1层网状碳纳米管片和1层Cu箔片叠放构成。本发明专利技术在硬质合金待焊面转移石墨烯，在钎焊时能够抑制硬质合金向钎料中的溶解，避免了硬质合金硬度下降。添加具有低膨胀系数的网状碳纳米管解决了硬质合金侧应力大的问题。本发明专利技术适用于制备硬质合金钢复合刀具。

A Manufacturing Method of Cemented Carbide Steel Composite Tool

【技术实现步骤摘要】
一种硬质合金钢复合刀具的制造方法
本专利技术涉及一种复合刀具的制造方法。
技术介绍
切削加工是木材加工工业生产中最重要的工艺之一，随着加工技术不断进步，工件原料的不断多样化以及加工设备自动化程度的不断提高，对切削刀具工艺性能的要求也越来越高。作为木材加工产业大国，开发先进木工切削刀具制作方法，改善刀具工艺性能，对增加木材加工产业科技含量，提升产业核心竞争力具有重要意义。硬质合金是由硬度极高的难熔金属碳化物如WC(碳化钨)等，以Co作为粘结剂烧结制成的粉末冶金制品，其硬度高，耐磨性好，且具有良好的高温塑性，能耐高达800-1000℃的切削温度，目前已成为制备木工切削刀具的主要材料。但硬质合金价格较高，且抗弯强度和抗冲击韧性均较差，为节约成本，提高刀具使用性能，多采用焊接方法以钢材作为基本制备复合结构产品。专利CN1439482A公开了一种长薄条形硬质合金木工刀具的焊接方法，该方法采用高频钎焊连接硬质合金刀条及钢制刀板，但由于硬质合金与钢线膨胀系数差异较大，因此焊后接头残余应力集中较为严重，工作过程中接头易于发生开裂；该方法选择了使用温度较低而价格较高的银基钎料及黄铜钎料，从而限制了焊后刀具的工作温度，增加了生产成本；硬质合金中含有一定量的Co，Co与钎料均为金属且与钎料中的Ni相容性较好，因而容易发生互扩散，最终导致硬质合金在连接过程在中向钎料内部溶解严重，继而导致的硬质合金的硬度降低的问题。如专利CN201310031689.X，专利CN201310031689.X公开了采用一种由多层BNi2钎料箔片、铜箔片、多层BNi2钎料箔片组成的钎料连接板实现了硬质合金与钢的连接，但该方法存在两方面缺陷，首先是BNi2钎料与硬质合金界面扩散问题严重，直接连接易导致硬质合金溶解剧烈，最终导致硬质合金硬度降低。其次BNi2钎料与硬质合金间热膨胀系数差异较大，BNi2的热膨胀系数远高于硬质合金的热膨胀系数，导致硬质合金侧在焊后产生较大残余压应力。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有硬质合金钢复合刀具制备时接头残余应力高、以及硬质合金在连接过程中向钎料内部溶解导致的硬质合金硬度降低的问题，提出一种硬质合金钢复合刀具的制造方法。本专利技术硬质合金钢复合刀具的制造方法按照以下步骤进行：向硬质合金待焊面上转移石墨烯，然后在硬质合金待焊面和钢制刀板待焊面中间放置钎料连接板，然后进行钎焊，即完成；所述钎料连接板由数层BNi2钎料箔片、1层网状碳纳米管片和1层Cu箔片叠放构成；Cu箔片设置在中间，网状碳纳米管片设置在Cu箔片一侧，网状碳纳米管片两侧分别至少设置有3层BNi2钎料箔片，Cu箔片另一侧至少设置有1层BNi2钎料箔片；钎焊时钎料连接板中设置有网状碳纳米管片一侧朝向硬质合金待焊面设置。进一步地，所述向硬质合金待焊面上的转移的石墨烯的层数为1～8层，向硬质合金待焊面上转移石墨烯时每次转移一层。石墨烯层数过多会阻碍钎料与硬质合金的反应，降低钎焊接头连接强度。进一步地，所述BNi2钎料箔片、网状碳纳米管片和Cu箔片的尺寸与硬质合金待焊面的尺寸相同。进一步地，所述网状碳纳米管片两侧分别设置有3～5层BNi2钎料箔片，3～5层BNi2钎料箔片的总厚度为150～250μm；所述Cu箔片与钢制刀板待焊面之间设置有1～5层BNi2钎料箔片，1～5层BNi2钎料箔片的总厚度为50～250μm；所述Cu箔片的度为20～200μm。BNi2钎料流动性极佳，并且对硬质合金具有良好的润湿和反应，BNi2钎料也能够完全浸润网状碳纳米管，确保了钎料对焊缝良好填充。进一步地，所述向硬质合金待焊面上的转移石墨烯之前的硬质合金待焊面的预处理过程包括除氧化膜、超声清洗和烘干；所述除氧化膜时使用不同型号的砂纸对硬质合金进行逐级打磨。所述进行超声清洗在丙酮溶液中进行，超声清洗后进行烘干。进一步地，所述向硬质合金待焊面上的转移石墨烯的方法按照以下步骤进行：步骤1、首先在石墨烯/金属基底叠层样品中金属基体表面涂一层PMMA溶液并加热固化；所述加热固化温度150～200℃，时间为1～10min；所述PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)溶液的质量分数为1～8wt.％；所述PMMA溶液的溶剂为丙酮；所述石墨烯/金属基底叠层样品由金属基底及其表面附着的石墨烯层构成；石墨烯/金属基底叠层样品购买于重庆墨烯科技有限公司，商品名称为铜箔衬底的石墨烯薄膜。步骤2、然后用腐蚀液腐蚀金属基底，得到PMMA/石墨烯叠层样品；所述腐蚀液为浓度1～4mol/L的FeCl3溶液；用腐蚀液腐蚀金属基底时将石墨烯/金属基底叠层浸入腐蚀液中；步骤3、将PMMA/石墨烯叠层样品转移到硬质合金上，转移时PMMA/石墨烯叠层样品中石墨烯一侧朝向硬质合金的待焊面，然后进行热处理；所述热处理温度为60～150℃，时间为1～10min；步骤4、热处理后的PMMA/石墨烯叠层样品浸入丙酮中以去除PMMA，得到具有一层石墨烯的硬质合金；步骤5、重复步骤1～步骤4，得到具有多层石墨烯的硬质合金；所述浸入丙酮中的时间为4～10h，浸泡完成后使用去离子水清洗。进一步地，所述钎焊前对构成钎料连接板的BNi2钎料箔片的两个表面、钢制刀板的待焊面和Cu箔片的两个表面进行预处理；所述预处理包括除氧化膜、超声清洗和烘干。所述超声清洗在丙酮溶液中进行，超声清洗后进行烘干。进一步地，所述除氧化膜时使用不同型号的砂纸对钢制刀板的待焊面和铜箔片的两个表面进行逐级打磨。进一步地，所述进行钎焊前将硬质合金、钎料连接板和钢制刀板卡装在石墨卡具上，钎料连接板设置在硬质合金和钢制刀板之间。进一步地，所述钎焊的工艺为：真空度保持在(1～5)×10-3Pa以上，钎焊温度为980～1250℃，保温时间为5～40min，1000℃以下时升温速率为5～50℃/min，1000℃以上时升温速率为5℃/min，降温速率为1～50℃/min。进一步地，所述钎焊后，当炉内温度降低至200℃以下时，开炉取件。本专利技术原理及有益效果为：1、本专利技术在针对硬质合金连接时，在硬质合金待焊面转移石墨烯，石墨烯能够阻隔硬质合金中的原子向钎料内部扩散，在钎焊时能够抑制硬质合金向钎料中的过量溶解，避免了钎焊时硬质合金向钎料中剧烈和过量溶解导致的硬质合金硬度下降的问题，因此保留了硬质合金的高硬度特性，本专利技术对硬质合金连接后硬质合金的硬度仍然能够保持在1400～1500HV。2、本专利技术在硬质合金侧的钎料添加了具有低膨胀系数的网状碳纳米管，网状碳纳米管与BNi2钎料箔片具有良好的润湿性，在钎焊过程中，网状碳纳米管与BNi2钎料箔片原位润湿，形成了网状碳纳米管与BNi2钎料复合钎料层，降低了原始BNi2钎料的热膨胀系数。添加的网状碳纳米管可以作为增强体强化原始BNi2钎料的强度，提高钎料的承载能力，因此使原始BNi2钎料的强度提高，解决了硬质合金侧应力大的问题。3、本专利技术采用了铜箔中间层的添加，铜箔具有塑性且屈服强度较低，铜箔在接头应力作用下可以发生塑性变形，降低对硬质合金的束缚，因而可以有效降低接头残余应力；由于接头残余应力的降低，以及外加卡具的作用，使焊后刀具变形程度大大降低，为刀具焊后矫形带来了极大的便利。4、钎焊温度过低或时间过短，钎料流动性不佳；钎焊温度过高或时间过长，钎料易流失，两种情况均不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硬质合金钢复合刀具的制造方法，其特征在于：该方法按照以下步骤进行：向硬质合金待焊面上转移石墨烯，然后在硬质合金待焊面和钢制刀板待焊面中间放置钎料连接板，然后进行钎焊，即完成；所述钎料连接板由数层BNi2钎料箔片、1层网状碳纳米管片和1层Cu箔片叠放构成；Cu箔片设置在中间，网状碳纳米管片设置在Cu箔片一侧，网状碳纳米管片两侧分别至少设置有3层BNi2钎料箔片，Cu箔片另一侧至少设置有1层BNi2钎料箔片；钎焊时钎料连接板中设置有网状碳纳米管片一侧朝向硬质合金待焊面设置。

【技术特征摘要】
1.一种硬质合金钢复合刀具的制造方法，其特征在于：该方法按照以下步骤进行：向硬质合金待焊面上转移石墨烯，然后在硬质合金待焊面和钢制刀板待焊面中间放置钎料连接板，然后进行钎焊，即完成；所述钎料连接板由数层BNi2钎料箔片、1层网状碳纳米管片和1层Cu箔片叠放构成；Cu箔片设置在中间，网状碳纳米管片设置在Cu箔片一侧，网状碳纳米管片两侧分别至少设置有3层BNi2钎料箔片，Cu箔片另一侧至少设置有1层BNi2钎料箔片；钎焊时钎料连接板中设置有网状碳纳米管片一侧朝向硬质合金待焊面设置。2.根据权利要求1所述的硬质合金钢复合刀具的制造方法，其特征在于：所述向硬质合金待焊面上的转移的石墨烯的层数为1～8层，向硬质合金待焊面上转移石墨烯时每次转移一层。3.根据权利要求1所述的硬质合金钢复合刀具的制造方法，其特征在于：所述BNi2钎料箔片、网状碳纳米管片和Cu箔片的尺寸与硬质合金待焊面的尺寸相同。4.根据权利要求1所述的硬质合金钢复合刀具的制造方法，其特征在于：所述网状碳纳米管片两侧分别设置有3～5层BNi2钎料箔片，3～5层BNi2钎料箔片的总厚度为150～250μm；所述Cu箔片与钢制刀板待焊面之间设置有1～5层BNi2钎料箔片，1～5层BNi2钎料箔片的总厚度为50～250μm；所述Cu箔片的度为20～200μm。5.根据权利要求1所述的硬质合金钢复合刀具的制造方法，其特征在于：所述向硬质合金待焊面上的转移石墨烯之前的硬质合金待焊面的预处理过程包括除氧化膜、超声清洗和烘干。6.根据权利要求1所述的硬质合金钢复合刀具的制造方法，其特征在于：所述向硬质合金待焊面上的转移石墨烯的方法按照以下步骤进行：步骤1、首先在石墨烯/金属基底叠层样品中金属基体表面涂一层PMMA溶液并加热固化；所述加热固化温度150～200℃，时间为1～10min；步骤2、然后用腐蚀液腐蚀金属基底，得到PMMA/石墨烯叠层样品；所述腐蚀液为浓度1～4mol/L的FeCl3溶液；用腐蚀液腐蚀金属基底时将石墨烯/金属基底叠层样品浸入腐蚀液中；步骤3、将PMMA/石墨烯叠层样品转移到硬质合金上，转移时PMMA/石...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙湛，张丽霞，冯吉才，耿慧远，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23