[发明专利]一种带状铜基钎焊材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种带状铜基钎焊材料，具体是一种应用于Ti(C,N)基金属陶瓷与钢之间焊接的铜基钎焊材料。本发明还涉及上述带状铜基钎焊材料的制备方法。

背景技术

Ti(C,N)基金属陶瓷不但具有较高的硬度、耐磨性、红硬性、优良的化学稳定性，而且还具有一定的强韧性，与金属间的摩擦系数也很低。另外，制备Ti(C,N)基金属陶瓷所需原材料较易获得，价格低廉，具有较高的性价比，适合于制作工模具、耐磨耐蚀工件、高温零部件等，在加工制造、重工机械、石油化工等领域具有广泛的应用前景。但金属陶瓷硬度高、可加工性较差，因而金属陶瓷零部件常用粉末冶金方法制造。即使采用粉末冶金方法制造，其难度也大大高于常用的铁基、铜基等粉末冶金零件，使其不容易制作形状较为复杂的结构件。实现Ti(C,N)金属陶瓷与钢之间的连接，可以综合钢和Ti(C,N)金属陶瓷两种材料的优良性能。若能实现金属陶瓷与钢之间的可靠连接，必将大大扩大金属陶瓷的应用范围，因而，解决金属陶瓷与钢之间的连接问题具有重要的意义。

由于Ti(C,N)基金属陶瓷与钢之间的热膨胀系数相差较大，使得金属陶瓷与钢焊接后残余应力较大，另外金属陶瓷与大部分牌号的钢之间的相容性也较差，因而使得金属陶瓷与钢之间的焊接难度较大。目前国内外关于金属陶瓷与钢之间连接的研究较少，主要研究了采用真空电子束焊、激光焊、真空扩散焊和钎焊等技术实现金属陶瓷与钢之间的连接。其中扩散焊和钎焊是目前研究最为广泛的两种连接技术。与扩散焊相比，钎焊连接具有焊接时间短、对基体性能影响较小、工件变形小、焊缝质量高等优点。在实施金属陶瓷与钢之间的钎焊时，目前采用的钎料有铜基钎料和银基钎料。已有研究报道指出，采用常用的铜基钎料，通过惰性气体保护钎焊和火焰钎焊，金属陶瓷与钢之间的连接强度普遍较低(1.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，2003，6：22-26)；尽管有研究报道指出，采用特制的铜基钎料，通过真空钎焊，可以使焊接接头获得较高的连接强度，但该类钎料熔点较高，致使钎焊温度较高，接头变形较大，且金属陶瓷基体显微组织和力学性能明显恶化(2.叶大盟，Ti(C,N)基金属陶瓷与钢的钎焊连接及其界面结构研究，华中科技大学博士学位论文，2009)。另外，采用银基钎料，通过真空钎焊和感应钎焊实现了Ti(C,N)基金属陶瓷与45钢的连接，接头的连接性能相对较高，但是银基钎料中银含量较高，生产成本较高。因此研制成本较低、钎焊温度不高、性能优良的铜基钎焊材料对于促进该领域的发展具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种成本较低、熔点低于950℃、性能优良的铜基钎焊材料，解决目前Ti(C,N)基金属陶瓷与钢之间实施钎焊时，要么钎焊温度较高，要么钎料成本较高的问题，实现Ti(C,N)基金属陶瓷与钢之间低成本牢固连接。本发明还提供一种铜基钎焊材料的制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

一种带状铜基钎焊材料，包括以下重量百分比组分：

本发明带状铜基钎焊材料的制备方法包括如下步骤：

(1)按照以下重量百分比组分配制混合料：

(2)将上述组分混料。混料在球磨机中进行，球料比为4:1，球磨机转速设为160rpm，球磨时间为3-4h。

(3)加入成型剂，压制成型，成型剂加入的比例为混合料的0.6wt％。所述成型剂优选硬脂酸锌，压制成型的压力优选为600～700MPa。

(4)在真空条件下脱除成型剂，成型剂脱除在真空度为1～10Pa的条件下进行，在200～500℃之间的升温速度为0.8～1.2℃/min。

(5)对压制成型的压坯进行真空烧结，真空烧结的真空度为1.0×10^-2～1.0×10^-1Pa，烧结温度为820～860℃，保温时间为20～30min；

(6)在550～570℃下，将烧结体轧制成带状钎焊材料。