[发明专利]一种用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钎焊材料及其制备方法。

背景技术

刀具行业的发展水平是直接决定着国家制造能力的关键，近年来我国的刀具行业取得了长足的发展和进步，目前已经能够生产多种形式的刀具产品，硬质合金刀具是刀具产品中最重要的组成部分之一。我国的硬质合金刀具整体水平与国外还存在着较大的差距，其中硬质合金刀具焊接技术已经成为限制刀具发展的瓶颈技术。

硬质合金刀具中最主要的焊接问题就是实现硬质合金刀片与低碳钢基体之间的可靠连接，这两种材料焊接主要存在两个问题：其一是硬质合金的润湿性不好，钎料的润湿铺展和界面反应不能满足要求；另外是由于这两种材料在物理性质和化学性能方面存在很大的差异，在焊接过程中容易产生较大的应力，所以其高质量焊接问题一直难以解决。目前对于合金刀具的制备中应用最多的钎焊技术，也就是利用在待焊接母材之间添加钎料箔，通过加热使钎料熔化实现二者的焊接。专利(专利号：ZL 01136997.3)报道了一种硬质合金刀具的钎焊制备方法，焊接中采用银基或铜基钎焊实现了合金刀具的焊接。专利(申请号：200810045993.9)也公开了一种利用钎焊技术实现合金刀具焊接的方法及相应采用的银基钎料配方。然而目前刀具工业生产领域中常用的钎料存在几个突出的问题：

1、钎焊接头的使用温度低，硬质合金刀具在实际服役过程中很容易达到较高的温度，现有钎料在高温环境下力学性能差，难以保证钎焊接头的高温使用可靠性；

2、常用钎料不含活性元素，对硬质合金的润湿性能一股，尤其是应用较多的银基钎料价格昂贵，生产成本高；

3、钎料制备过程复杂，通常需要大型的熔炼和甩带设备，制备工艺和设备复杂，钎料生产周期长；而且钎料大部分钎料为箔片状钎料，很难满足特殊形式接头的需要。

发明内容

本发明是为了解决硬质合金刀具钎焊接头高温强度较低、润湿性能差、所用钎料价格昂贵、适用接头形式受限以及钎料制备工艺复杂的问题，而提供一种用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料及其制备方法。

本发明一种用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料按重量百分比由10％～20％的Ag、10％～15％的TiH₂、10％～15％的Ni、5％～10％的Sn、0.5％～1.5％的Cr和38.5％～64.5％的Cu制成。

本发明一种用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料的制备方法按以下步骤实现：一、备料：按重量百分比称取10％～20％的Ag、10％～15％的TiH₂、10％～15％的Ni、5％～10％的Sn、0.5％～1.5％的Cr和38.5％～64.5％的Cu粉末；二、机械合金化：将球磨球和步骤一称取的粉末装入球磨罐中，抽真空后充入氩气，然后以转速为250～380r/min间歇性球磨8～20h，每球磨4h停歇2h，球料质量比为10～15∶1，填料与球磨罐的体积比为0.45～0.55∶1；即得到了用于硬质合金刀具钎焊的高温钎料。

本发明所制备的高温钎料中，Ag和Cu的添加可以保证钎料具有良好的塑性，能够有助于缓解焊接过程中产生的残余应力，同时可以保证钎料具有合适的熔化区间；TiH₂可以在700℃时完全脱氢分解，从而转化成纯净的Ti，这样能够极大程度改善钎料在硬质合金表面的润湿性能，保证钎缝成形良好；然后转化成β-Ti；Ni可以在较低温度下与Ti形成共晶，一方面保证钎料在较低的温度下熔化，另外也对钎料的塑性和高温使用性能提供保证；Sn可以改善钎料的润湿铺展能力，同时有助于降低钎料熔点，使钎料具有良好的使用性能；Cr的添加可以大幅度提高钎焊接头的高温使用性能。

本发明制备的高温钎料采取侧面预置钎料方式，钎焊温度1000℃时可以得到完整硬质合金刀具焊接接头，接头具有良好力学性能，其室温抗剪性能可达到210MPa以上，800℃高温三次热循环后的室温抗剪强度可达到180MPa以上，800℃高温抗剪强度可达到150MPa以上，可以保证钎焊的硬质合金刀具的高温使用。本发明所制备的钎料与现有的钎料对比，对于硬质合金刀具而言熔点合适，润湿性好，保证硬质合金刀具的高温使用性能，且本发明的钎料成分中贵金属Ag含量较少，成本低廉，粉末状的钎料能够满足各种形式接头钎焊的需要。

本发明中的高温钎料制备方法与传统的采用熔炼制备钎料的方法相比，本发明所使用的方法避免了低熔点组元的烧损问题，生产工艺简单，降低了生产成本。

本发明涉及的高温钎焊材料及其制备方法用于硬质合金刀具钎焊上具有钎料润湿性好、适用于各种形式接头、制备方法简便、制造成本低等优点。