[发明专利]一种钎焊材料及其制备方法以及用其进行钎焊的方法

说明书

技术领域

本发明属于钎焊材料的制备方法及其应用，具体涉及一种应用于Ti(C，N)基金属陶瓷与钢焊接的钎焊材料及其制备方法以及用其进行焊接的方法。

背景技术

现代工业的发展对材料性能的要求越来越苛刻，在很多场合下金属材料已经不能满足需求。与之相比，金属陶瓷材料具有一系列优良的物理和化学性能，如良好的高温强度、高硬度和优良的耐腐蚀性。但由于金属陶瓷材料的脆性、不可变形性和加工性能差，难以制造结构复杂的金属陶瓷零件，故大尺寸和结构复杂的金属陶瓷零件，采用连接技术是不可避免的。通过连接技术可以实现低成本制造形状复杂、多组分部件，同时还可以提高金属陶瓷结构的可靠性。因此金属陶瓷材料的连接技术已成为近年来材料连接领域的一个重要研究课题。

Ti(C，N)基金属陶瓷是一种颗粒型复合材料，是在TiC基金属陶瓷的基础上发展起来的新型金属陶瓷。Ti(C，N)基金属陶瓷具有高硬度、耐磨、耐氧化、耐腐蚀等一系列优良综合性能，它在相同硬度时耐磨性高于WC-Co硬质合金，其密度却只有硬质合金的一半。因此，Ti(C，N)基金属陶瓷已被广泛用作工具材料。这种新型金属陶瓷工具材料的广泛应用是以其成功的连接技术为前提的，但由于Ti(C，N)基金属陶瓷属于脆性材料，熔点比金属高，其线膨胀系数与金属相差较大，使得Ti(C，N)基金属陶瓷与金属焊接后接头中的残余应力很高，加之与金属的相容性较差，使得Ti(C，N)基金属陶瓷与金属的焊接性较差，国内外对于Ti(C，N)基金属陶瓷与金属的连接技术研究较少，缺乏合适的钎焊材料且存在连接强度不高等问题，限制了Ti(C，N)基金属陶瓷材料在工业生产中的广泛应用。目前，对Ti(C，N)基金属陶瓷与金属焊接的方法包括真空电子束焊、激光焊、真空扩散焊和钎焊等连接技术，其中钎焊、扩散焊连接方法比较成熟，应用较广泛，对Ti(C，N)基金属陶瓷与钢进行钎焊连接已取得了一些进展，李先芬等对Ti(C，N)基金属陶瓷与45钢采用铜基、银基钎焊材料分别进行了火焰钎焊试验和在氩气保护炉中钎焊试验，获得的接头最高剪切强度为114MPa，平均剪切强度为51MPa，但钎焊连接强度普遍不高，且连接质量不稳定；见李先芬、丁厚福、徐道荣、刘宁、许育东，“Ti(C，N)基金属陶瓷与45号钢钎焊的试验研究”热加工工艺，2003.(2)：24。

发明内容

本发明提供一种钎焊材料，同时提供其制备方法以及用其进行钎焊的方法，解决现有Ti(C，N)基金属陶瓷与金属连接中存在的连接强度和工作温度偏低的问题，实现Ti(C，N)基金属陶瓷与钢的牢固连接，且使连接接头具有较好的连接强度和较高的工作温度。

本发明的一种钎焊材料，包含Cu、Ag、Zn、Ni成分，其特征在于：

其还包含Ti和Si；所述各成分质量百分比为：40％≤Cu≤45％，20％≤Ag≤25％，21％≤Zn≤23％，5％≤Ni≤10％，1％≤Ti≤3％，1％≤Si≤5％；各成分混合、压制成型、经烧结、退火轧制成钎焊材料薄片。

本发明的钎焊材料制备方法，包括：

(1)混合步骤：将Cu、Ag、Zn、Ni、Ti和Si金属粉末按所述质量百分比放入行星球磨机中混合球磨，得到合金粉末；

2)成型步骤：将合金粉末采用模压压制成型，压力为450～550Mpa；

(3)烧结步骤：对压制成型的压坯采用真空烧结或保护气氛烧结，烧结温度750℃～800℃，烧结时间15～30min；

(4)轧制步骤：烧结体退火轧制成钎焊材料薄片。

所述的钎焊材料制备方法，其特征在于：

所述混合步骤中，Ag、Cu金属粉末粒度为200目，Zn、Ni、Ti、Si金属粉末粒度为300目，在行星球磨机中混合球磨60～120min。

本发明的钎焊材料进行钎焊的方法，包括：

(1)焊前准备步骤：用金相砂纸打磨金属陶瓷、钢待焊接表面以及钎焊材料薄片，再将它们放在丙酮溶液中进行超声波清洗，最后用酒精冲洗并吹干；

(2)装配步骤：将待焊接的金属陶瓷、钢互相搭接，搭接部位放置钎焊材料薄片，搭接部位上放置质量为100～150g的压块，再将所述各部件放入真空加热炉中；

(3)升温步骤：真空加热炉升温，升温速率为10～15℃/min，升温至250～300℃保温20～30min；再升温至500～550℃保温20～30min，升温至钎焊温度800℃～1000℃，保温10～15min；真空度小于5×10^-2Pa；