一种含有稀土元素的多元铜基合金钎料、制备方法及其钎焊方法技术

本发明专利技术涉及超硬磨料工具技术领域，具体涉及一种含有稀土元素的多元铜基合金钎料、制备方法及其钎焊方法，该钎料的成分及重量百分比为：65％～70％的铜(Cu)，15％～20％的锡(Sn)，8％～13％的钛(Ti)，0％～3％的镓(Ga)，0％～5％的稀土(RE)；通过对钎料的微观组织观察、钎料硬度和剪切强度测试结果表明，添加稀土元素有助于提高钎料的致密度和力学性能。此外，使用添加稀土元素的多元铜基合金钎料钎焊金刚石，金刚石的出露度更好，金刚石的热损伤情况较轻，提高了钎焊金刚石工具的使用性能。提高了钎焊金刚石工具的使用性能。提高了钎焊金刚石工具的使用性能。

【技术实现步骤摘要】
一种含有稀土元素的多元铜基合金钎料、制备方法及其钎焊方法


[0001]本专利技术涉及超硬磨料工具
，具体涉及一种含有稀土元素的多元铜基合金钎料、制备方法及其钎焊方法。

技术介绍

[0002]金刚石因其较高的硬度在玻璃、陶瓷和石材的磨削和切割过程中被广泛的应用。自首颗人造金刚石合成以来，金刚石工具在汽车制造、机械工程和国防军工等领域迅速被推广使用。通过钎焊方法制造金刚石工具是目前制造金刚石工具的主要手段之一。钎焊金刚石工具具有金刚石颗粒出露度高、锋利度好等优点。由于金刚石具有很好的化学惰性，因此需要对金刚石钎焊钎料进行研究。目前用于金刚石工具钎焊的钎料主要有银铜钛基(Ag
‑
Cu
‑
Ti)、铜锡钛基(Cu
‑
Sn
‑
Ti)和镍铬基(Ni
‑
Cr)钎料。银铜钛基(Ag
‑
Cu
‑
Ti)合金钎料是以钛(Ti)作为活性元素保证钎料对金刚石磨粒具有较高的把持强度，当钛元素的含量过高时会提高钎料的熔点，不利于金刚石磨粒的钎焊，同时过高的钎焊温度会使TiC层变厚从而降低钎焊接头的强度。在较高温度的工作环境中，通常使用镍铬基(Ni
‑
Cr)钎料来钎焊金刚石磨粒，但Ni的熔点远远超过金刚石的石墨化温度，因此需要添加降熔元素来降低钎料的熔点。铜锡钛基(Cu
‑
Sn
‑
Ti)合金钎料较银铜钛基(Ag
‑
Cu
‑
Ti)合金钎料具有更好的耐磨性，较镍铬基(Ni
‑
Cr)合金钎料具有更低的熔点，因此铜锡钛基(Cu
‑
Sn
‑
Ti)合金钎料的应用较为广泛。Cu和Ti可以形成耐磨相，降低钎料的熔点，提高钎料的润湿性能。但钎料中Sn元素的含量过高时对钎料的加工性能会造成不利的影响，因此需要对钎料成分进行合理的配比。
[0003]鉴于上述缺陷，本专利技术创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本专利技术。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决目前存在的钎焊金刚石热损伤，金刚石出露度低和钎料组织不均匀的问题，提供了一种含有稀土元素的多元铜基合金钎料的制备方法及钎焊方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术公开了一种含有稀土元素的多元铜基合金钎料，按照质量百分比包括以下成分：65％～70％的铜，15％～20％的锡，8％～13％的钛，0％～3％的镓，0％～5％的稀土。
[0006]本专利技术还公开了上述含有稀土元素的多元铜基合金钎料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1：按照质量百分比称取铜、锡、钛、镓、稀土，在丙酮溶液中超声清洗10min，然后在酒精溶液中超声清洗5min，自然晾干；
[0008]S2：将步骤S1中处理后的铜和钛在真空电弧炉中，电流为3A～5A的条件下反复熔炼3～4次，得到铜钛合金铸锭；
[0009]S3：再将步骤S1中处理后的锡、镓、稀土置于步骤S2中得到的铜钛合金铸锭的下方，一起投入真空电弧炉中，在电流为0.5A～2A的条件下反复熔炼3～4次，得到多元铜基合
金钎料铸锭。
[0010]所述步骤S1中，铜、锡、钛、镓、稀土的纯度均为99.5％。
[0011]所述步骤S2中，钎料熔炼过程中的保护气为氩气。
[0012]本专利技术还公开了这种含有稀土元素的多元铜基合金钎料的钎焊方法，包括以下步骤：
[0013](1)将多元铜基合金钎料铸锭使用吸铸磨具吸铸成厚度为0.5mm的片状钎料；
[0014](2)分别使用240#和600#的砂纸对钢基体的表面进行打磨以去除钢基体表面的氧化层；
[0015](3)将步骤(2)中处理后的钢基体和超硬磨料先后放在丙酮溶液和酒精溶液中进行超声清洗，自然晾干；
[0016](4)将片状钎料铺在钢基体的上表面，超硬磨料铺在钎料层的上表面，一起放入真空钎焊炉中进行钎焊，真空钎焊炉的真空度维持在1
×
10
‑3Pa，在钎焊温度为920℃的真空钎焊炉中保温5min，待冷却到室温将钎焊样品从钎焊炉中取出。
[0017]所述步骤(1)中片状钎料的尺寸为15mm
×
6mm。
[0018]所述步骤(2)中钢基体的尺寸为15mm
×
10mm
×
6mm。
[0019]所述步骤(3)中，钢基体和超硬磨料在丙酮溶液中超声清洗的时间为10min，在酒精溶液中清洗的时间为5min。
[0020]所述步骤(3)中，真空钎焊炉的加热方式为感应加热，升温速率为10℃/min。
[0021]通过铜基合金钎料中添加微量稀土元素与钎料中的其他元素形成低熔点的稀土化合物降低钎料的熔点，在液态钎料凝固的过程中稀土元素充当形核质点增加了钎料中形核质点的数量从而达到细化晶粒的目的。
[0022]与现有技术比较本专利技术的有益效果在于：
[0023](1)本专利技术在现有的多元铜基复合钎料的基础上，通过添加微量的稀土元素细化钎料的组织，降低钎料的熔点，提升钎焊接头的力学性能来提高金刚石工具的使用性能。
[0024](2)本专利技术通过试验研究发现，微量的稀土元素的加入可以在钎料中形成低熔点的化合物，起到降低合金钎料熔点的作用。稀土元素的含量过高会在合金钎料中形成高熔点的化合物，从而提高钎料的熔点，不利于金刚石钎焊接头的焊接。稀土元素在合金钎料中所占的质量百分比为0％～2％时可以起到降低合金钎料熔点的效果。
[0025](3)本专利技术在钎料中加入的微量稀土元素会偏聚在钎料共晶组织的表面，降低共晶组织两相间的表面能，使共晶组织由层片状转变为棒状和球状，从而细化钎料的组织。此外，一方面稀土元素形成的化合物消耗了钎料中形成共晶组织的Sn；另一方面由于稀土元素的偏聚阻碍了Sn原子的扩散，两者共同作用造成液态钎料凝固后共晶组织体积分数的减少及其组成相的球化。
[0026](4)本专利技术制备的多元铜基合金钎料在钎焊过程中由于其致密的组织可以降低钎焊接头处缺陷的，提高钎焊接头处的剪切强度。
[0027](5)本专利技术制备的多元合金钎料，稀土元素的存在可以提升钎料的润湿性能，提高碳化物在金刚石表面的爬升高度，增加金刚石工具的耐磨性。
附图说明
[0028]图1为多元铜基合金钎料铸锭形状图；
[0029]图2为吸铸磨具的形状示意图；
[0030]图3为实施例1中添加1％的稀土镧(La)的多元铜基合金钎料显微组织形貌图；
[0031]图4为实施例2中添加1％的稀土铈(Ce)的多元铜基合金钎料显微组织形貌图；
[0032]图5为实施例1中添加1％的稀土钕(Nd)的多元铜基合金钎料显微组织形貌图；
[0033]图6为对比例1中未添加的稀土多元铜基合金钎料显微组织形貌图；
[0034]图7为添加不同的稀土元素后钎料的剪本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含有稀土元素的多元铜基合金钎料，其特征在于，按照质量百分比包括以下成分：65％～70％的铜，15％～20％的锡，8％～13％的钛，0％～3％的镓，0％～5％的稀土。2.一种如权利要求1所述的含有稀土元素的多元铜基合金钎料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：按照质量百分比称取铜、锡、钛、镓、稀土，在丙酮溶液中超声清洗10min，然后在酒精溶液中超声清洗5min，自然晾干；S2：将步骤S1中处理后的铜和钛在真空电弧炉中，电流为3A～5A的条件下熔炼3～4次，得到铜钛合金铸锭；S3：再将步骤S1中处理后的锡、镓、稀土置于步骤S2中得到的铜钛合金铸锭的下方，一起投入真空电弧炉中，在电流为0.5A～2A的条件下熔炼3～4次，得到多元铜基合金钎料铸锭。3.如权利要求2所述的一种含有稀土元素的多元铜基合金钎料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，铜、锡、钛、镓、稀土的纯度均为99.5％。4.如权利要求2所述的一种含有稀土元素的多元铜基合金钎料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，钎料熔炼过程中的保护气为氩气。5.一种如权利要求1所述的含有稀土元素的多元铜基合金钎料的钎焊方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将多元铜基合金钎料铸锭使用吸铸磨具吸铸成厚度为0.5mm的片状钎料；(2)分别使用240#和60...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐东，崔冰，赵卫星，左如忠，程战，王梦凡，李维火，张晖，傅玉灿，
申请(专利权)人：安徽工程大学中机智能装备创新研究院宁波有限公司，
类型：发明
国别省市：