【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及硬质合金钎焊，特别涉及一种表面化学改性抑制硬质合金钎焊接头中co贫化区的方法。
技术介绍
1、硬质合金由金属碳化物相(wc)和粘结金属(co)组成，在粉末冶金方法的应用下制造，具有相对较高的强度和耐磨性。硬质合金在工程工件中的应用一方面有助于减少工件在使用过程中的磨损，另一方面可以显著延长工件的使用寿命。然而，硬质合金难以进行加工成型，在当前的工业领域中，硬质合金经常被用作镶嵌物，即它只是简单地应用于工件受到严重磨擦的部位。硬质合金通过钎焊固定在工具钢的工作部件上，硬质合金承受工件的磨擦磨损，工具钢承受冲击载荷，充分发挥了硬质合金和工具钢各自的优势。不仅降低了材料成本，而且可以显著提高工件的性能和寿命。
2、但是，在硬质合金/钢接头的钎焊过程中，硬质合金中的co易向钎料层扩散从而导致在靠近钎料层附近的硬质合金中形成co贫化区，co贫化区是由高硬度的wc颗粒和低硬度的钎料组成，这导致该区域应力差别比较大，成为为接头失效时的薄弱区域，从而对接头的结合性能产生负面影响。
3、目前国内外针对抑制硬质合金钎焊接头co贫化区的问题主要包括两种方法，一是改变钎料成分。例如kengo kaiwa等(advanced materials research[j],2014,922:322-327.)通过向agcuzn钎料中添加co明显减小了接头中co贫化区的面积并提高了接头的抗拉强度，然而，合金元素在钎料层中的添加往往会导致钎焊料层在凝固过程中出现不可避免的成分偏析而影响接头的局部性能。二是设计多层复合钎料。例
4、因此，设计新型工艺来改善硬质合金钎焊接头中co贫化区和结合性能具有重要的研究价值和意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决硬质合金在钎焊过程co向钎料层的过度扩散而形成co贫化区，从而导致钎焊接头易在硬质合金一层发生断裂失效等问题，提供一种表面化学改性抑制硬质合金钎焊接头中co贫化区的方法。该方法只需对硬质合金进行了粗化、敏化和活化处理，便明显抑制了硬质合金中的co在钎焊过程中向钎料层中的扩散；最后通过程序控温，使wc-co硬质合金和钢实现了良好结合。本专利技术应用到wc-co硬质合金与钢的钎焊领域中具有工艺简单、设备简单、对基体材料损伤小、生产效率高和剪切强度高等优点。
2、为达到上述目的，本专利技术是按照以下技术方案实施的：
3、一种表面化学改性抑制硬质合金钎焊接头中co贫化区的方法，该方法包括如下步骤：
4、步骤一、硬质合金和钢的预处理，首先用1500～3000#金刚石盘抛光1～5min，然后在97％的乙醇溶液中进行15-30min超声波清洗，最后再在丙酮中超声波清洗15～30min，烘干；
5、步骤二、将氟化铵溶于氢氟酸后，再加入去离子水得到粗化液，将步骤一得到的硬质合金浸没于粗化液中，在温度为15℃到40℃的条件下静置10～40min，清洗后烘干；
6、其中，粗化液中，氢氟酸和去离子水的体积比为5～20：450～550；每5～20ml氢氟酸加入0.5～3g氟化铵；
7、所述的氢氟酸的浓度为35％～45％；
8、步骤三、将氯化亚锡溶于盐酸中，再加入去离子水得到敏化液，将步骤二得到的样品浸没于敏化液中，在温度为15℃到40℃的条件下静置10～40min，清洗后烘干；
9、其中，敏化液中，盐酸和去离子水的体积比为15～25：450～550；每15～25ml盐酸加入7～15g氯化亚锡；
10、步骤四、将氯化钯溶于盐酸中，然后加入去离子水，得到活化液，将步骤三得到的试样放入活化液中，在温度为15℃到40℃的条件下静置10～40min，最后用去离子水清洗上述硬质合金试样并烘干；
11、其中，活化液中，盐酸和去离子水的体积比为7～15：450～550；每7～15ml盐酸加入0.1～0.2g氯化钯；
12、步骤三和四中的盐酸的浓度为35％～40％；
13、步骤五、将步骤一处理后的钢和步骤四处理后的硬质合金放在丝网印刷平台并在表面均涂敷上厚度均匀的钎料，然后将硬质合金叠放在钢上面得到待钎焊工件并置于真空钎焊炉中，对真空钎焊炉抽真空至5×10-4～5×10-3pa时进行加热，将真空钎焊炉设定温度程序并加热；
14、所述的加热温度程序为以5～20℃/min的速率从20℃升温至700～900℃，并在温度为700～900℃下保温5～15min，加热完成后炉内温度以5～20℃/min的速率降温至300～450℃，最后随炉冷却，得到硬质合金钎焊接头。
15、所述步骤一中的钢板采用牌号45#钢、55#钢、60#钢、40cr和aisi 1045钢，硬质合金采用牌号为yg6、yg8、yg15、yg18和yg20硬质合金中的任一种。
16、所述步骤五中的钎料为agcuti、agcusnti、agcuinti钎料中的任一种。
17、所述步骤五中的钎料层厚度为100～140μm。
18、本专利技术的实质性特点为：
19、本专利技术中，无需改变钎料成分或者设计多层复合钎料，只需对硬质合金进行了粗化、敏化和活化处理，便可缩减了co贫化区的面积，使接头失效区域由硬质合金一层变为钎料层，增加了接头剪切强度。
20、其中，粗化使硬质合金的表面由憎水体变成亲水体并具有一定的吸附能力；敏化使硬质合金表面水解反应生成sn(oh)cl和sn(oh)2结合生成微溶于水的凝胶状物sn(oh)3cl粘附在分体表面；活化使钯离子还原成金属钯并吸附在硬质合金的表面，改变硬质合金表面co的化学活性。从而明显抑制了硬质合金中的co在钎焊过程中向钎料层中的扩散。应用中，通过程序控温，使wc-co硬质合金和钢实现了良好结合。
21、本专利技术有益效果在于：
22、1.本专利技术设计了一种新型表面化学改性方法实现了对硬质合金钎焊接头中co贫化区的抑制。最终接头中co贫化区的面积为1μm左右，缩减了83％，有效地解决了硬质合金中的co在钎焊过程中向钎料层的扩散而形成大面积的co贫化区的问题。
23、2.硬质合金与钢接头在活性钎焊过程中，ti元素在钎料层中与少量的co和cu反应生成了颗粒状脆性化合物并被银铜铟三元共晶塑性相包裹，在接头剪切过程中有效的阻止了裂纹扩展途径，接头的剪切强度可达316mpa，提高了62％。
24、3.硬质合金钎焊接头在剪切过程中的断裂途径由硬质合金一侧变为钎料层，因此根据该工艺所获得的接头可用于镶嵌硬质合金薄片的耐磨器件中而保证硬质合金钎焊接头不会发生本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种表面化学改性抑制硬质合金钎焊接头中Co贫化区的方法，其特征为该方法包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的表面化学改性抑制硬质合金钎焊接头中Co贫化区的方法，其特征为步骤一中，预处理具体为：首先用1500～3000#金刚石盘抛光1～5min，然后在97％的乙醇溶液中进行15-30min超声波清洗，最后再在丙酮中超声波清洗15～30min，烘干。
3.如权利要求1所述的表面化学改性抑制硬质合金钎焊接头中Co贫化区的方法，其特征为步骤二中氢氟酸的浓度为35％～45％。
4.如权利要求1所述的表面化学改性抑制硬质合金钎焊接头中Co贫化区的方法，其特征为步骤三和四中的盐酸的浓度为35％～40％。
5.如权利要求1所述的表面化学改性抑制硬质合金钎焊接头中Co贫化区的方法，其特征为所述的加热温度程序为以5～20℃/min的速率从20℃升温至700～900℃，并在温度为700～900℃下保温5～15min，加热完成后炉内温度以5～20℃/min的速率降温至300～450℃，最后随炉冷却。
6.如权利要求1所述的表面化学改性抑制硬
7.如权利要求1所述的表面化学改性抑制硬质合金钎焊接头中Co贫化区的方法，其特征为所述步骤五中的钎料为AgCuTi、AgCuSnTi、AgCuInTi钎料中的任一种；
...【技术特征摘要】
1.一种表面化学改性抑制硬质合金钎焊接头中co贫化区的方法，其特征为该方法包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的表面化学改性抑制硬质合金钎焊接头中co贫化区的方法，其特征为步骤一中，预处理具体为：首先用1500～3000#金刚石盘抛光1～5min，然后在97％的乙醇溶液中进行15-30min超声波清洗，最后再在丙酮中超声波清洗15～30min，烘干。
3.如权利要求1所述的表面化学改性抑制硬质合金钎焊接头中co贫化区的方法，其特征为步骤二中氢氟酸的浓度为35％～45％。
4.如权利要求1所述的表面化学改性抑制硬质合金钎焊接头中co贫化区的方法，其特征为步骤三和四中的盐酸的浓度为35％～40％。
5.如权利要求1所述的表面化学改性抑制硬质合...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑朝阳，马瑞娜，杜安，张天宇，马仕霖，曹晓明，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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