金刚石钎焊的难点与钎焊工艺参数-东光县东发金属钎焊材料厂
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金刚石钎焊的难点与钎焊工艺参数

2021-01-19 22:49:52

金刚石的高硬度和优良物理机械性能使得金刚石工具成为加工各种坚硬材料不可缺少的工具。胎体金属基对金刚石的粘结性(胎体的包镶能力)是影响金刚石工具使用寿命和性能的主要因素。

那么金刚石钎焊时的难点有哪些呢?

①要求钎料对金刚石钎焊和胎体有良好浸润性和结合强度;

②钎焊材料及钎焊工艺的选择要确定金刚石的稳定性,以减少或避免钎料对金刚石的侵蚀;

③由于金刚石和金属基体的热膨胀系数差异较大,因而焊接残余应力也较大,降低接头的强度;

④钎料的熔点要高于金刚石工具的工作温度,所以应寻找熔点较低并与金刚石膨胀系数接近的金属(合金)材料作为钎料,再考虑加入某些活性元素以改进对金刚石的浸润性和亲和性,达到既能粘结金刚石钎焊又能达到胎体机械性能的目的。

此外,金刚石表面金属化的实现方式、表面金属与钎料的匹配和选择、钎剂和气体介质的选择等关键技术还需进一步成熟和优化。

金刚石工具的使用速率与寿命除取决于金刚石磨粒被镶嵌的程度外,还与胎体的性有关。胎体本身强度的高低、金刚石在胎体中的分布状态、金刚石的浓度等都会对胎体的性产生影响,所以,如何使胎体达到理想的状态也是今后工作中值得注意的问题。

金刚石表面金属化问题在上世纪70年代就引起了国内外金刚石工具制造界的高度重视。不少人致力于在烧结过程中实现金刚石表面金属化的研讨,在胎体材料中添加或在金刚石表面预粘上强碳化物金属粉末(这种金刚石在未加热前,并未与镀层发生化学反应,只能属于金刚石包衣),以期望它们在烧结过程中实现对金刚石的化学键结合。尽管文献已论证了一些金属例如钨(未被氧化)在较低温度下(800℃左右)就能在金刚石表面形成WC层,但从实现金刚石钎焊表面预金属化所用的工艺来看,需在真空条件下、600℃以上加热1小时才能得到理想的结合力。以目前常用的孕镶金刚石切削工具的烧结条件来看,在非真空或低真空中不超过900℃加热5分钟左右,是不大可能使金刚石表面生成金属化层的。因为无论活性金属原子(Ti、V、Cr等)向金刚石表面富集还是界面反应达到结合剂与金刚石冶金结合都是原子扩散过程,根据热压所用温度及这样短的时间内,这个过程是尤其不充足的。在固相烧结条件下(有时有少量低强度低熔点的金属或合金液相),胎体对金刚石的化学键结或冶金结合力是弱的或根本不会形成。

金刚石表面预金属化并非我们的目的,而仅是期望与胎体金属实现化学冶金结合的措施之一。镀覆后的金刚石在烧结成锯(钻)齿后,其折断面上暴露出的金刚石均失去了镀层,而脱落了金刚石的残留坑表面光滑,这种现象似乎说明了金刚石与胎体还未能达到化学包镶的水平。因而即使实现了金刚石的表面预金属化,守旧的固相粉末冶金烧结法也不可能实现金刚石与胎体材料间的结合。

金刚石的高硬度和优良物理机械性能使得金刚石工具成为加工各种坚硬材料不可缺少的工具。胎体金属基对金刚石的粘结性(胎体的包镶能力)是影响金刚石工具使用寿命和性能的主要因素之一。那么什么是金刚石钎焊呢?下面让我们一起来了解下吧。

由于金刚石与一般金属和合金之间具有很高的界面能,致使金刚石颗粒不能为一般低熔点合金所浸润,粘结性很差,在守旧的制造技术中,金刚石颗粒仅靠胎体冷缩后产生的机械夹持力镶嵌于胎体金属基中,而没有形成的化学键结或冶金结合,导致金刚石颗粒在工作中易与胎体金属基分离,降低了金刚石工具的寿命及性能水平。大部分孕镶式工具中金刚石的利用率较低,大量昂贵的金刚石在工作中脱落流失于废屑之中。林增栋等前期利用金刚石表面金属化技术来赋予金刚石表面许多新的特性,如优良的导热导电性、热稳性好,改进其原有的理化性能,提升其对金属或合金溶液的浸润性等。

钎焊气氛

由于金刚石在高温下易氧化和石墨化,金刚石的钎焊工艺一般是在真空或保护气氖下进行的,但不同的钎焊气氖对金刚石钎焊形貌、中间碳化物生成情况、金刚石石墨化及磨粒破损形式等的影响不同。陈燕等在真空和Ar气两种不同的氖围中,进行了炉中钎焊金刚石磨粒的试验研讨,得出了不同的钎焊气氛导致不同金刚石磨耗特性等结论。伍俏平等人利用Cu-10Sn-5Ti钎料粉末,在空气、A요r气保护和真空气氖下分别对金刚石进行钎焊试验,发现在Ar气保护和真空钎焊时,钎料充足润湿和铺展,金刚石石墨化程度很小。

钎焊工艺参数:

虽然按金刚石钎焊过程加热不同,钎焊工艺可分为高温炉中钎焊,高频感应钎焊,激光煷结钎焊等,但是不论那种钎焊工艺,对钎焊性能的影响都主要通过钎焊温度、保温时间、钎焊氛围等钎焊工艺参数来实现。

钎焊温度以及保温时间:

钎料的熔化填充,以及熔化的钎料与金刚石表面的化学冶金反应的过程都离不开钎焊温度大小和保温时间作用。向孙祖等认为钎焊温度对钎焊接头质量和磨粒分布均匀性,以及钎料在磨粒表面的爬升高度产生重要影响。徐正亚等研讨了不同保温时间的钎焊金刚石试样磨削性能,得出了如果缺乏保温阶段,界面反应产物的量很少,只在金刚石磨粒的局部有少量的化合物生成,磨粒易脱落。