[发明专利]一种用活性铝硅合金结合剂钎焊超硬磨料的方法

说明书

本发明公开了一种用活性铝硅合金结合剂钎焊超硬磨料的方法，是用活性铝硅合金来充当超硬磨料与工具基体的结合剂，该活性铝硅合金结合剂以重量百分比记的元素成分包括：Si0～30％，Ti0.25％～6％,Mg0～0.5％,Cu0～5％,Ga0～0.5％,Ce0～0.5％,Sr0～0.5％,Na0～0.5％,余量为Al连同不可避免的杂质；将活性铝硅合金结合剂涂覆在工具基体上，然后将超硬磨料排布于活性铝硅合金结合剂表面，最后通过加热设备在一定的氛围下按一定的钎焊工艺加热以实现超硬磨料与工具基体的钎焊连接。利用此方法钎焊超硬磨料，超硬磨料可牢固焊接，并可以实现在相对较低温度下焊接，减少焊接过程中的热损伤，增加超硬磨料工具的使用寿命。

技术领域

本发明涉及钎焊超硬磨料工具制造技术领域，特别涉及一种用活性铝硅合金结合剂钎焊超硬磨料的方法。

背景技术

超硬磨料通常是指金刚石磨料和立方氮化硼磨料两种。因超硬磨料强度高，硬度大，其常被制造成各式各样的超硬磨料工具来加工石材、陶瓷、硬质合金等硬脆材料。目前，以金属为结合剂的超硬磨料工具制备，超硬磨料与工具基体的连接主要通过电镀，烧结以及钎焊等手段来实现。对于电镀超硬磨料工具，超硬磨料的固结方式为机械包裹，磨料结合力弱，容易脱落失效，并且超硬磨料呈无序、出露高度低、容屑空间小；对于烧结超硬磨料工具，超硬磨料出露高度小，同时超硬磨料与合金不能实现完全的化学冶金结合，磨料结合力小，出刃自锐问题也难以解决。基于这些存在的问题，钎焊法制备超硬磨料工具应运而生。钎焊法制备的超硬磨料工具中，超硬磨料与金属结合剂界面存在化学键合，具有更高的连接强度、更好的抗脱落性能；相比传统的多层烧结工艺，钎焊法可以将超硬磨料的出露度提高70％～80％，大大提高超硬磨料工具的容屑能力和切削效率。基于钎焊法制备超硬磨料工具的优越性，钎焊超硬磨料在本领域一直是学者们的研究热点。

目前主流用于钎焊超硬磨料的金属结合剂主要有三类，Ni-Cr基(钎焊温度：950～1160℃)、Ag-Cu基(钎焊温度：740～970℃)、Cu-Sn基(钎焊温度： 880～1150℃)。对于Ni-Cr基金属结合剂，钎焊温度高，金刚石和立方氮化硼磨料的机械性能折损严重；特别地，对于金刚石磨料来说，由于Ni元素的存在使得金刚石磨料石墨化严重。对于Ag-Cu基金属结合剂，由于Ag属于贵重金属，导致Ag-Cu基金属结合剂成本昂贵。基于这些问题，虽然Cu-Sn基金属结合剂的机械强度没有Ni-Cr基的好，但由于其对超硬磨料的损伤相对较小，成本也较Ag-Cu金属结合剂的要廉价很多，近年来Cu-Sn基金属结合剂的应用变得越来越多。除此之外，主流焊接超硬磨料用的焊料体系，钎焊温度普遍较高；高的钎焊温度不仅会损伤金刚石本身的机械性能，同时会导致很高的残余应力，这些都不是制备钎焊超硬磨料工具所希望的。市场上适合用于钎焊超硬磨料的金属结合剂，尤其是用于低温钎焊超硬磨料的金属结合剂，并没有太多的选择。钎焊温度居高不下的原因很大部分程度是由焊料合金基体相熔点 (Ni-1453℃、Cu-1083℃和Ag-962℃)高造成的。因此，开发新型的适合钎焊超硬磨料用的金属结合剂焊料，特别是适合低温钎焊超硬磨料用的金属结合剂焊料，对钎焊超硬磨料工具的进一步发展尤其重要。

鉴于以上存在的问题，本专利发明提供了一种用活性铝硅合金结合剂钎焊超硬磨料的方法，一方面能够实现超硬磨料的牢固焊接，有效降低钎焊成本，扩展现有钎焊超硬磨料用的焊料体系；另一方面，该方法能够实现超硬磨料在相对较低温度下进行焊接，减少超硬磨料钎焊过程的热损伤。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种用活性铝硅合金结合剂钎焊超硬磨料的方法，利用铝硅合金基体相熔点(Al-660℃)及铝硅合金共晶点(577℃) 低，Ti活性高的特性，来实现在相对较低温度下超硬磨料与活性铝硅合金焊料的化学键合，降低钎焊过程热损伤；同时通过添加Si，一方面来有效增加铝基合金的机械强度，另一方面Si也是强碳化物生成元素，能够有效降低熔点，同时还能够抑制Al与金刚石的反应；通过添加活性元素Ce、Ge来增加合金焊料的抗氧化性能。