[发明专利]一种含Ga的Cu基合金钎料、钎料的制备方法及进行钎焊的方法

说明书

本发明公开了一种含Ga的Cu基合金钎料、钎料的制备方法及进行钎焊的方法，属于超硬磨料工具制备领域。合金钎料包括CuSnTi合金相和Ga增强相，各组分及其质量百分比分别为66～70％的Cu、14～20％的Sn、4～10％的Ti和0～7％的Ga增强相，所述Ga增强相包括Ga及含Ga化合物；采用质量百分比为67～70％的Cu锭，15～20％的Sn锭，5～10％的Ti锭以及0～3％的Ga锭通过真空电弧熔炼获得合金钎料，具有熔点低，低价以及较高的抗剪强度等优点，得到的钎焊制品耐磨性能好。

技术领域

本发明属于超硬磨料工具制作领域，具体涉及一种含Ga的复合钎料及其制备和进行钎焊的方法。

背景技术

随着现代工业的高速发展，材料加工进入高效精密作业时代，意味着对金刚石刀具的使用性能要求越来越高，即金刚石刀具有较低的热损伤、较高的加工精度和加工效率，及较长的使用寿命。为满足上述要求，传统金刚石工具的弊病和缺陷也随之彻底暴露，即胎体材料对金刚石的包裹力较低、金刚石难以出刃或易脱落。20世纪80年代以来，研究者开始尝试使用钎焊制造金刚石工具，并掀起了一股钎焊金刚石工具的热潮。

钎焊金刚石用活性钎料依据其焊接温度可分为两种：高温活性钎料和低温活性钎料。高温活性钎料主要指Ni基钎料，液相线熔化温度一般高于900℃，钎焊过程中，金刚石容易出现热损伤。低温活性钎料主要有Ag基和Cu基两类活性钎料，其中Ag基活性钎料的施焊温度低，钎焊接头性能良好，但较高的含银量增加钎焊成本，限制了Ag基活性钎料的使用量。以铜锡钛钎料为代表的Cu基活性钎料对金刚石具有较好的润湿性，且熔化温度低，对金刚石的热作用较小，降低金刚石的石墨化倾向，接头性能与Ag基活性钎料接近，节约钎焊成本，具有较好的经济性，因而备受关注。但Cu-Sn-Ti活性钎料显微硬度不高，在使用时极易遭到陶瓷、花岗岩、石材等被加工材料的磨屑磨损，耐磨性能差，造成金钢石整颗脱落。因此开展Cu-Sn-Ti活性钎料全面系统的研究，研发熔化温度低、硬度-强度-韧性适当的新型多元铜基活性钎料。

例如，中国专利申请号为201910590660.2，申请公开日为2019年10月08日的专利申请文件公开了用于低温钎焊金刚石的Sn-Cu-Ti合金焊料及应用。该专利合金焊料按重量份由如下元素组成：Cu 0.71～50份，Ti 0.25～6份，Ag 0～20份，Ga 0～0.5份，Ce 0～0.5份，余量为 Sn和不可避免的杂质。但是，该发明为Sn基钎料，钎料中Sn含量很高，较高含量的Sn会在钎料中生成锡须，在震动环境中，锡须会脱落或折断，在使用过程中易造成金刚石脱落，使用效果差等缺点。

南京航空航天大学罗冬雪在2015.03.01公开了一篇名为Ga对低银Sn-Ag-Cu无铅钎料的组织和性能的影响的论文，该论文试验结果表明稀有元素Ga的添加可以显著细化Sn-0.5Ag-0.7Cu钎料的基体组织，使基体中的IMC颗粒变得细小且分布均匀。微量Ga的添加可以有效地改善钎料的润湿性能和抗氧化性能。作为表面活性元素，Ga会聚集在液态钎料的表面，大大地降低了液态钎料的表面张力，改善了钎料的流动性，从而提高了钎料的润湿性能。焊点界面组织的Cu₆Sn₅化合物层变得光滑平坦，且厚度有所变薄，焊点的抗剪强度有较大的提高，Ga含量为0.5％时提高了17.9％。但是，该论文提出的Sn-Ag-Cu合金钎料为软钎料，主要应用在电子封装等电子工业产业上，抗剪切性能较差，无法作为焊接金刚石的钎料，Ga元素对Sn-Ag-Cu钎料的抗剪性能提升有限。

因此，亟需开发一种含Ga的Cu基合金钎料、钎料的制备方法及进行钎焊的方法。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有铜基钎料润湿性和爬升高度差，且钎料容易分布不均而结块的问题，本发明提供一种含Ga的Cu基合金钎料，通过优化钎料配方，以提高钎料润湿性和抗剪强度。

本发明还提供了一种含Ga的Cu基合金钎料的制备方法，采用分步电弧熔炼的方法得到上述含Ga的Cu基合金钎料。