一种利用固溶体钎缝提高制造技术

一种利用固溶体钎缝提高

【技术实现步骤摘要】
一种利用固溶体钎缝提高M42钢和PCBN陶瓷接头强度的两步钎焊方法


[0001]本专利技术属于陶瓷
‑
金属钎焊领域
。

技术介绍

[0002]M42
钢
(W2Mo9Cr4VCo8)
是一种含钴高速工具钢，具有较高的硬度
、
良好的耐磨性和耐冲击性能，尤其是红硬性好，所以被广泛应用于制造锯片
、
冲压模具
、
高速切削工具和搅拌摩擦焊头等领域
。
不过随着现代工业的发展，越来越多难加工材料的出现对于刀具和搅拌摩擦焊头的精度和效率提出了更高的要求
。
在长时间加工铜合金或高温合金后，用
M42
钢制造的刀具或搅拌摩擦焊头通常会发生严重磨损，从而缩短刀具的使用寿命
。
为了解决上述问题，通常采用氮化
、
激光淬火和特殊热处理等方法来提高钢的表面硬度和耐磨性，然而这些方法往往工艺复杂
。
将
M42
钢与耐磨性更好的陶瓷连接起来制作成陶瓷
‑
金属复合刀具可以有效地改善钢磨损的问题
。
其中，
PCBN(
聚晶立方氮化硼
)
陶瓷是一种硬度高
、
耐磨性优异的材料，在切削
、
磨削等领域具有广泛的应用潜力
。
将
M42
钢与
PCBN
陶瓷连接制成的复合刀具和搅拌摩擦焊头可以满足更严苛的使用要求
。
钎焊是连接陶瓷与金属的常用方法，但由于
M42
钢与
PCBN
陶瓷的物理化学性质差异较大，使得两者的钎焊存在较大的困难
。PCBN
陶瓷的化学性质较为稳定，只有通过使用活性钎料才能润湿陶瓷表面
。AgCuTi
钎料是钎焊陶瓷与金属最常用的钎料，但
Ag
基钎料钎焊接头的使用温度较低，无法满足刀具的高温服役条件
。
使用
Cu
基或
Ni
基钎料时，在较高的钎焊温度下，钎料中的活性元素
(
如
Ti)
会与
M42
钢中的合金元素发生剧烈反应，导致钢中碳化物的析出并生成较多的脆性金属间化合物
。
这些连续的金属间化合物会导致钎焊接头中产生较大的残余应力，从而极大限制了接头的力学性能
。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决现有
M42
钢与
PCBN
陶瓷钎焊困难，力学性能低的问题，进而提供一种利用固溶体钎缝提高
M42
钢和
PCBN
陶瓷接头强度的两步钎焊方法
。
[0004]一种利用固溶体钎缝提高
M42
钢和
PCBN
陶瓷接头强度的两步钎焊方法，它是按以下步骤进行：
[0005]一
、
将
Cu
粉和
Ni
粉混合，得到混合粉体，将混合粉体置于球磨机中研磨，得到球磨后的混合粉体；
[0006]所述的混合粉体中
Cu
粉的质量百分数为
80
％～
86
％；
[0007]二
、
利用粘结剂，将球磨后的混合粉体涂覆在
M42
钢表面并干燥，得到表面覆有混合粉体的
M42
钢；
[0008]三
、
将表面覆有混合粉体的
M42
钢置于真空钎焊炉中，加热至
M42
钢表面混合粉体充分熔化，最后随炉冷却，得到覆有熔层的
M42
钢；
[0009]四
、
将覆有熔层的
M42
钢依次进行抛光
、
清洗及烘干，得到预处理且覆有熔层的
M42
钢；
[0010]五
、
将
Ti
箔置于
PCBN
陶瓷与预处理且覆有熔层的
M42
钢之间，然后在
PCBN
陶瓷表面施加压力，得到待焊件；
[0011]六
、
将待焊件置于真空钎焊炉中，在连接温度下保温，最后降至室温，即完成利用固溶体钎缝提高
M42
钢和
PCBN
陶瓷接头强度的两步钎焊方法
。
[0012]本专利技术的有益效果是：
[0013]一
、
本连接方法利用共晶反应连接陶瓷和金属，界面反应可控，减少了连续脆性金属间化合物的生成；
[0014]二
、
本连接方法使用两步法钎焊，增大了钎缝中金属基固溶体的比例，缓解了钎焊接头中的残余应力，接头的剪切强度提升至
150MPa
～
250MPa
；
[0015]三
、
本连接方法引入
CuNi
熔覆阻隔层，避免了
Ti
和
M42
钢的过度反应，减少了钢中碳化物的析出；
[0016]四
、
本连接方法通过
CuNi
熔覆层与
M42
钢的互扩散，形成
Cu
‑
Ni
‑
Fe
固溶体，使得钎焊接头的高温力学性能大大提高，在
900℃
高温测试环境下能够保持
60MPa
～
70MPa
的剪切强度
。
[0017]本专利技术用于一种利用固溶体钎缝提高
M42
钢和
PCBN
陶瓷接头强度的两步钎焊方法
。
附图说明
[0018]图1为实施例一中利用固溶体钎缝提高
M42
钢和
PCBN
陶瓷接头强度的两步钎焊方法示意图；
[0019]图2为实施例一步骤四制备的预处理且覆有熔层的
M42
钢中熔覆层的
XRD
谱图；
[0020]图3为实施例一制备的
M42
‑
PCBN
钎焊件接头截面扫描电镜图，
(a)
为接头界面整体形貌图，
(b)
为
PCBN
‑
钎缝局部区域放大图，
(c)
为
M42
‑
钎缝局部区域放大图；
[0021]图4为对比实验中使用
AgCuTi
钎料钎焊
M42
‑
PCBN
接头截面扫描电镜图，
(a)
为接头界面整体形貌图，
(b)
为...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种利用固溶体钎缝提高
M42
钢和
PCBN
陶瓷接头强度的两步钎焊方法，其特征在于它是按以下步骤进行：一
、
将
Cu
粉和
Ni
粉混合，得到混合粉体，将混合粉体置于球磨机中研磨，得到球磨后的混合粉体；所述的混合粉体中
Cu
粉的质量百分数为
80
％～
86
％；二
、
利用粘结剂，将球磨后的混合粉体涂覆在
M42
钢表面并干燥，得到表面覆有混合粉体的
M42
钢；三
、
将表面覆有混合粉体的
M42
钢置于真空钎焊炉中，加热至
M42
钢表面混合粉体充分熔化，最后随炉冷却，得到覆有熔层的
M42
钢；四
、
将覆有熔层的
M42
钢依次进行抛光
、
清洗及烘干，得到预处理且覆有熔层的
M42
钢；五
、
将
Ti
箔置于
PCBN
陶瓷与预处理且覆有熔层的
M42
钢之间，然后在
PCBN
陶瓷表面施加压力，得到待焊件；六
、
将待焊件置于真空钎焊炉中，在连接温度下保温，最后降至室温，即完成利用固溶体钎缝提高
M42
钢和
PCBN
陶瓷接头强度的两步钎焊方法
。2.
根据权利要求1所述的一种利用固溶体钎缝提高
M42
钢和
PCBN
陶瓷接头强度的两步钎焊方法，其特征在于步骤一中所述的研磨具体是按以下步骤进行：将混合粉体与研磨介质放入玛瑙球磨罐中，且研磨介质覆盖混合粉体，在磨球与混合粉体的质量比为
(2
～
2.5):1
及转速为
250r/min
～
300r/min
的条件下，利用行星式球磨机球磨
0.5h
～
2h
；所述的研磨介质为酒精
。3.
根据权利要求1所述的一种利用固溶体钎缝提高
M42
钢和
PCBN
陶瓷接头强度的两步钎焊方法，其特征在于步骤一中所述的
Cu
粉和
Ni
粉的粒径＜
50
μ
m。4.
根据权利要求1所述的一种利用固溶体钎缝提高
M42
钢和
PCBN
陶瓷接头强度的两步钎焊方法，其特征在于步骤二中所述的
M42
钢和步骤五中所述的
PCBN
陶瓷为预处理后的
M42
钢和预处理后的
PCBN
陶瓷，所述的预处理是按以下步骤进行：
M42
钢待连接表面用碳化硅砂纸进行抛光，
PCBN
陶瓷待连接表面用金刚石磨盘进行抛光，抛光后进行切割，然后在功率为
200W
～
240W
的条件下，利用丙酮溶液超声清洗
15min
～
25min
，最后烘干，得到预处理后的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李淳，陈雷，杨博，司晓庆，曹健，田晓羽，亓钧雷，冯吉才，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：