硬質(zhì)合金釬焊用三明治夾層式復(fù)合釬料的制備方法
【專利摘要】硬質(zhì)合金釬焊用三明治夾層式復(fù)合釬料的制備方法，它涉及復(fù)合釬料的制備方法。它要解決采用現(xiàn)有釬料進(jìn)行硬質(zhì)合金與硬質(zhì)合金的釬焊存在接頭殘余應(yīng)力大、易于開裂、工作時(shí)焊縫強(qiáng)度低和生產(chǎn)成本高的問題。方法：一、表面預(yù)處理；二、活性釬料清；三、裝卡；四、冷軋加工和退火處理；五、活化反應(yīng)處理。本發(fā)明三明治式復(fù)合釬料，其制備工藝簡單，生產(chǎn)效率高，適用于硬質(zhì)合金與硬質(zhì)合金的真空釬焊、保護(hù)氣氛釬焊和擴(kuò)散焊等連接工藝；顯著降低硬質(zhì)合金與硬質(zhì)合金焊接接頭的殘余應(yīng)力，提高了焊縫強(qiáng)度，提高整體硬質(zhì)合金構(gòu)件的性能；本發(fā)明復(fù)合釬料適應(yīng)硬質(zhì)合金在爐中進(jìn)行多規(guī)格大批具的焊接，大大提高了硬質(zhì)合金焊接的生產(chǎn)效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本。
【專利說明】硬質(zhì)合金釬焊用三明治夾層式復(fù)合釬料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合釬料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]硬質(zhì)合金是由硬度極高的難熔金屬碳化物如WC等和粘結(jié)金屬如Co等通過粉末冶金工藝制成的一種合金材料。硬質(zhì)合金具有硬度高、耐磨、強(qiáng)度和韌性較好、耐熱、耐腐蝕等一系列優(yōu)良性能，特別是它的高硬度和耐磨性，即使在500°C的溫度下也基本保持不變，在1000°C時(shí)仍有很高的硬度，目前已成為切削刀具的主要材料。但硬質(zhì)合金價(jià)格較高，且抗彎強(qiáng)度和抗沖擊韌性均較差，為節(jié)約成本，硬質(zhì)合金燒結(jié)時(shí)尺寸都比較小。但是隨著加工工件尺寸的增加，相應(yīng)的硬質(zhì)合金刀具的尺寸也要增加。這時(shí)會(huì)采用焊接技術(shù)來連接小尺寸的硬質(zhì)合金成為大尺寸的硬質(zhì)合金，再進(jìn)行使用切削加工。
[0003]硬質(zhì)合金與硬質(zhì)合金的焊接出現(xiàn)諸多問題，首先沒有相應(yīng)的釬料，只能選用部分鎳基或銀基釬料來進(jìn)行焊接。這些釬料相對于硬質(zhì)合金耐磨性能差，在工作環(huán)境中會(huì)首先破壞。其次，由于硬質(zhì)合金與釬料合金之間熱膨脹系數(shù)的差異，采用上述釬料會(huì)造成硬質(zhì)合金焊接接頭殘余應(yīng)力大；再次，焊接溫度高，焊后會(huì)造成硬質(zhì)合金整體變形大，難以精密切削加工工件；最后，上述釬料與硬質(zhì)合金的潤濕性能一般。釬料制備工藝和設(shè)備復(fù)雜，生產(chǎn)周期長。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是解決采用現(xiàn)有釬料進(jìn)行硬質(zhì)合金與硬質(zhì)合金的釬焊存在接頭殘余應(yīng)力大、易于開裂、工作時(shí)焊縫強(qiáng)度低和生產(chǎn)成本高的問題，而提供硬質(zhì)合金釬焊用三明治夾層式復(fù)合釬料的制備方法。
[0005]硬質(zhì)合金釬焊用三明治夾層式復(fù)合釬料的制備方法，按以下步驟實(shí)現(xiàn):
[0006]一、表面預(yù)處理:采用水砂紙和金相砂紙按由粗到細(xì)的順序逐級對鎢片、鈷片和銅片的表面進(jìn)行打磨加工去除氧化膜，然后堿洗5?lOmin，水沖洗干凈，再進(jìn)行酸洗5?lOmin，用水沖洗干凈，然后置于丙酮中超聲波清洗10?30min，熱風(fēng)烘干待用；
[0007]二、活性釬料清洗；取厚度為0.1?0.5mm的活性釬料箔片打磨表面以去除氧化膜，然后置于丙酮中超聲波清洗10?30min，用去離子水清洗干凈，烘干待用；
[0008]三、裝卡:將步驟一和步驟二中準(zhǔn)備好的鎢片，鈷片、銅片和活性釬料片，按照活性釬料/鎢/銅/鈷/銅/鎢/活性釬料的順序進(jìn)行疊合組裝，形成三明治形式的復(fù)合板，并在復(fù)合板的一端邊上采用銅制鉚釘進(jìn)行固定；
[0009]四、冷軋加工和退火處理:將步驟三中組裝固定后的復(fù)合板進(jìn)行冷軋加工，以鉚釘固定端為開始軋制端，每道次變形量為3%?10%，當(dāng)總變形量達(dá)到40%時(shí)進(jìn)行中間退火處理，反復(fù)操作冷軋加工和退火處理，直至將復(fù)合板加工成0.0l?5mm厚的復(fù)合箔材；
[0010]五、活化反應(yīng)處理:將步驟四中得到的復(fù)合箔材用石墨卡具加以裝卡后，置于真空爐內(nèi)，抽真空至絕對壓力為5X 1-3?7X 1-3Pa,以5?10°C /min的升溫速率升到400?600°C后保溫5?lOmin，然后以3?5°C /min的升溫速率升到800?1000°C后保溫5?30min后停止加熱，再以8°C /min的速率降溫至400?600°C，隨爐冷卻至室溫，開爐取出，即完成硬質(zhì)合金釬焊用三明治夾層式復(fù)合釬料的制備；
[0011]其中步驟一中鎢片、鈷片和銅片的厚度均為0.1?Imm ;
[0012]步驟二中活性釬料箔片的組成按重量百分比為0.01%?20%的Al、0.1%?15%的 T1、20%?70% 的 N1、l%?50% 的 Ag、l%?30% 的 Cu、0.1%?10% 的 Β、0.1%?10%的Fe和0.1%?10%的Si。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:
[0014]一、本發(fā)明制成的活性釬料/鶴/銅/鈷/銅/鶴/活性釬料三明治式復(fù)合釬料，其制備工藝簡單，生產(chǎn)效率高，適用于硬質(zhì)合金與硬質(zhì)合金的真空釬焊、保護(hù)氣氛釬焊和擴(kuò)散焊等連接工藝；
[0015]二、本發(fā)明解決了硬質(zhì)合金與硬質(zhì)合金焊接時(shí)釬料性能差，無法軋制加工成箔材的難題；
[0016]三、本發(fā)明中的復(fù)合釬料可以具有較大尺寸規(guī)格，且性能優(yōu)良，給使用帶來了極大便利；
[0017]四、本發(fā)明復(fù)合釬料可以顯著降低硬質(zhì)合金與硬質(zhì)合金焊接接頭的殘余應(yīng)力，提高了焊縫強(qiáng)度，提高整體硬質(zhì)合金構(gòu)件的性能；
[0018]五、本發(fā)明制備復(fù)合釬料時(shí)采用了真空熱處理，避免了釬料中部分元素的氧化損失;
[0019]六、本發(fā)明通過多層金屬相互的疊合，使得復(fù)合釬料封接應(yīng)力得到釋放；
[0020]七、本發(fā)明活性釬料箔片在高溫會(huì)與多層金屬進(jìn)行擴(kuò)散并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，提高了整個(gè)復(fù)合釬料的活性；
[0021]八、本發(fā)明復(fù)合釬料適應(yīng)硬質(zhì)合金在爐中進(jìn)行多規(guī)格大批具的焊接，大大提高了硬質(zhì)合金焊接的生產(chǎn)效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為實(shí)施例中使用三明治夾層式復(fù)合釬料釬焊硬質(zhì)合金的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】間的任意組合。
[0024]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式硬質(zhì)合金釬焊用三明治夾層式復(fù)合釬料的制備方法，按以下步驟實(shí)現(xiàn):
[0025]一、表面預(yù)處理:采用水砂紙和金相砂紙按由粗到細(xì)的順序逐級對鎢片、鈷片和銅片的表面進(jìn)行打磨加工去除氧化膜，然后堿洗5?lOmin，水沖洗干凈，再進(jìn)行酸洗5?lOmin，用水沖洗干凈，然后置于丙酮中超聲波清洗10?30min，熱風(fēng)烘干待用；
[0026]二、活性釬料清洗；取厚度為0.1?0.5mm的活性釬料箔片打磨表面以去除氧化膜，然后置于丙酮中超聲波清洗10?30min，用去離子水清洗干凈，烘干待用；
[0027]三、裝卡:將步驟一和步驟二中準(zhǔn)備好的鎢片，鈷片、銅片和活性釬料片，按照活性釬料/鎢/銅/鈷/銅/鎢/活性釬料的順序進(jìn)行疊合組裝，形成三明治形式的復(fù)合板，并在復(fù)合板的一端邊上采用銅制鉚釘進(jìn)行固定；
[0028]四、冷軋加工和退火處理:將步驟三中組裝固定后的復(fù)合板進(jìn)行冷軋加工，以鉚釘固定端為開始軋制端，每道次變形量為3%?10%，當(dāng)總變形量達(dá)到40%時(shí)進(jìn)行中間退火處理，反復(fù)操作冷軋加工和退火處理，直至將復(fù)合板加工成0.01?5mm厚的復(fù)合箔材；
[0029]五、活化反應(yīng)處理:將步驟四中得到的復(fù)合箔材用石墨卡具加以裝卡后，置于真空爐內(nèi)，抽真空至絕對壓力為5X Kr3?7X l(T3Pa，以5?10°C /min的升溫速率升到400?600°C后保溫5?lOmin，然后以3?5°C /min的升溫速率升到800?1000°C后保溫5?30min后停止加熱，再以8°C /min的速率降溫至400?600°C，隨爐冷卻至室溫，開爐取出，即完成硬質(zhì)合金釬焊用三明治夾層式復(fù)合釬料的制備；
[0030]其中步驟一中鎢片、鈷片和銅片的厚度均為0.1?Imm ;
[0031]步驟二中活性釬料箔片的組成按重量百分比為0.01%?20%的Al、0.1%?15%的 T1、20%?70% 的 N1、l%?50% 的 Ag、l%?30% 的 Cu、0.1%?10% 的 Β、0.1%?10%的Fe和0.1%?10%的Si。
[0032]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是，步驟一中堿洗8min，水沖洗干凈，再進(jìn)行酸洗8min，用水沖洗干凈，然后置于丙酮中超聲波清洗20min。其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0033]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二不同的是，步驟一中堿洗采用常溫下質(zhì)量濃度為5 %?30 %的NaOH溶液；酸洗采用質(zhì)量濃度為5 %?50 %的HNO3溶液。其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0034]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同的是，步驟二中取厚度為0.3mm的活性釬料箔片打磨表面以去除氧化膜，然后置于丙酮中超聲波清洗20min。其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至三之一相同。
[0035]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同的是，步驟四中退火是在真空爐內(nèi)進(jìn)行，其內(nèi)部抽真空至絕對壓力為3X 10_3?4X 10_3Pa，加熱溫度為200?500°C，保溫時(shí)間為30?120min。其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至四之一相同。
[0036]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同的是，步驟五中抽真空至絕對壓力為6X 10_3Pa，以8°C /min的升溫速率升到500°C后保溫8min，然后以4°C /min的升溫速率升到900°C后保溫20min后停止加熱，再以8V /min的速率降溫至500°C。其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至五之一相同。
[0037]采用以下實(shí)施例驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果:
[0038]實(shí)施例:
[0039]硬質(zhì)合金釬焊用三明治夾層式復(fù)合釬料的制備方法，按以下步驟實(shí)現(xiàn):
[0040]一、表面預(yù)處理:采用水砂紙和金相砂紙按由粗到細(xì)的順序逐級對鎢片、鈷片和銅片的表面進(jìn)行打磨加工去除氧化膜，然后堿洗8min，水沖洗干凈，再進(jìn)行酸洗8min，用水沖洗干凈，然后置于丙酮中超聲波清洗20min，熱風(fēng)烘干待用；
[0041]二、活性釬料清洗；取厚度為0.3mm的活性釬料箔片打磨表面以去除氧化膜，然后置于丙酮中超聲波清洗20min，用去離子水清洗干凈，烘干待用；
[0042]三、裝卡:將步驟一和步驟二中準(zhǔn)備好的鎢片，鈷片、銅片和活性釬料片，按照活性釬料/鎢/銅/鈷/銅/鎢/活性釬料的順序進(jìn)行疊合組裝，形成三明治形式的復(fù)合板，并在復(fù)合板的一端邊上采用銅制鉚釘進(jìn)行固定；
[0043]四、冷軋加工和退火處理:將步驟三中組裝固定后的復(fù)合板進(jìn)行冷軋加工，以鉚釘固定端為開始軋制端，每道次變形量為6%，當(dāng)總變形量達(dá)到40%時(shí)進(jìn)行中間退火處理，反復(fù)操作冷軋加工和退火處理，直至將復(fù)合板加工成0.1mm厚的復(fù)合箔材；
[0044]五、活化反應(yīng)處理:將步驟四中得到的復(fù)合箔材用石墨卡具加以裝卡后，置于真空爐內(nèi)，抽真空至絕對壓力為6X10_3Pa，以8 V /min的升溫速率升到500°C后保溫8min，然后以4°C /min的升溫速率升到900°C后保溫20min后停止加熱，再以8°C /min的速率降溫至500°C，隨爐冷卻至室溫，開爐取出，即完成硬質(zhì)合金釬焊用三明治夾層式復(fù)合釬料的制備;
[0045]其中步驟一中鎢片、鈷片和銅片的厚度均為0.5mm ；
[0046]步驟二中活性釬料箔片的組成按重量百分比為0.01%?20%的Al、0.1%?15%的 T1、20%?70% 的 N1、l%?50% 的 Ag、l%?30% 的 Cu、0.1%?10% 的 Β、0.1%?10%的Fe和0.1%?10%的Si ；
[0047]步驟一中堿洗采用常溫下質(zhì)量濃度為10%的NaOH溶液；酸洗采用質(zhì)量濃度為20%的HNO3溶液；
[0048]步驟四中退火是在真空爐內(nèi)進(jìn)行，其內(nèi)部抽真空至絕對壓力為?4X10_3Pa，加熱溫度為400°C，保溫時(shí)間為60min。
[0049]實(shí)施例中制備所得三明治夾層式復(fù)合釬料用于釬焊硬質(zhì)合金與硬質(zhì)合金，見圖1 ;釬焊后，焊接接頭室溫強(qiáng)度采用三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)進(jìn)行評價(jià)，測試設(shè)備為INSTR0N-1185型電子萬能試驗(yàn)機(jī)，壓頭位移速率為為0.5mm/min，測試得到的焊接接頭彎曲強(qiáng)度為2300?2800MPa，可以達(dá)到硬質(zhì)合金的基體材料性能的98%以上。從測試結(jié)果看出，當(dāng)使用三明治夾層式復(fù)合釬料進(jìn)行釬焊時(shí)，接頭彎曲強(qiáng)度都比較高，約為普通釬料接頭強(qiáng)度的3倍。分析硬質(zhì)合金斷口組織，接頭的斷裂部位也發(fā)生了變化，不再位于近縫區(qū)的母材中，說明復(fù)合釬料起到了較好的緩解與釋放殘余應(yīng)力的作用。
【權(quán)利要求】
1.硬質(zhì)合金釬焊用三明治夾層式復(fù)合釬料的制備方法，其特征在于它按以下步驟實(shí)現(xiàn): 一、表面預(yù)處理:采用水砂紙和金相砂紙按由粗到細(xì)的順序逐級對鎢片、鈷片和銅片的表面進(jìn)行打磨加工去除氧化膜，然后堿洗5?lOmin，水沖洗干凈，再進(jìn)行酸洗5?lOmin，用水沖洗干凈，然后置于丙酮中超聲波清洗10?30min，熱風(fēng)烘干待用； 二、活性釬料清洗；取厚度為0.1?0.5mm的活性釬料箔片打磨表面以去除氧化膜，然后置于丙酮中超聲波清洗10?30min，用去離子水清洗干凈，烘干待用； 三、裝卡:將步驟一和步驟二中準(zhǔn)備好的鎢片，鈷片、銅片和活性釬料片，按照活性釬料/鎢/銅/鈷/銅/鎢/活性釬料的順序進(jìn)行疊合組裝，形成三明治形式的復(fù)合板，并在復(fù)合板的一端邊上采用銅制鉚釘進(jìn)行固定； 四、冷軋加工和退火處理:將步驟三中組裝固定后的復(fù)合板進(jìn)行冷軋加工，以鉚釘固定端為開始軋制端，每道次變形量為3%?10%，當(dāng)總變形量達(dá)到40%時(shí)進(jìn)行中間退火處理，反復(fù)操作冷軋加工和退火處理，直至將復(fù)合板加工成0.01?5mm厚的復(fù)合箔材； 五、活化反應(yīng)處理:將步驟四中得到的復(fù)合箔材用石墨卡具加以裝卡后，置于真空爐內(nèi)，抽真空至絕對壓力為5X10_3?7X10_3Pa，以5?10°C /min的升溫速率升到400?600°C后保溫5?lOmin，然后以3?5°C /min的升溫速率升到800?1000°C后保溫5?30min后停止加熱，再以8°C /min的速率降溫至400?600°C，隨爐冷卻至室溫，開爐取出，即完成硬質(zhì)合金釬焊用三明治夾層式復(fù)合釬料的制備； 其中步驟一中鎢片、鈷片和銅片的厚度均為0.1?Imm ; 步驟二中活性釬料箔片的組成按重量百分比為0.01%?20%的A1、0.1%?15%的T1、20%?70% 的 N1、l%?50% 的 Ag、l%?30% 的 Cu、0.1%?10% 的 Β、0.I %?10% 的Fe 和 0.1%?10%的 Si。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬質(zhì)合金釬焊用三明治夾層式復(fù)合釬料的制備方法，其特征在于步驟一中堿洗8min，水沖洗干凈，再進(jìn)行酸洗8min，用水沖洗干凈，然后置于丙酮中超聲波清洗20min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硬質(zhì)合金釬焊用三明治夾層式復(fù)合釬料的制備方法，其特征在于步驟一中堿洗采用常溫下質(zhì)量濃度為5%?30%的NaOH溶液；酸洗采用質(zhì)量濃度為5%?50%的HNO3溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硬質(zhì)合金釬焊用三明治夾層式復(fù)合釬料的制備方法，其特征在于步驟二中取厚度為0.3mm的活性釬料箔片打磨表面以去除氧化膜，然后置于丙酮中超聲波清洗20min。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的硬質(zhì)合金釬焊用三明治夾層式復(fù)合釬料的制備方法，其特征在于步驟四中退火是在真空爐內(nèi)進(jìn)行，其內(nèi)部抽真空至絕對壓力為3X10_3?4X10_3Pa，加熱溫度為200?500°C，保溫時(shí)間為30?120min。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的硬質(zhì)合金釬焊用三明治夾層式復(fù)合釬料的制備方法，其特征在于步驟五中抽真空至絕對壓力為6X10_3Pa，以8°C /min的升溫速率升到500°C后保溫8min，然后以4°C /min的升溫速率升到900°C后保溫20min后停止加熱，再以8°C /min的速率降溫至500°C。
【文檔編號(hào)】B23K35/40GK104043915SQ201410325724
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】陳良勇 申請人:哈爾濱正德科技開發(fā)有限公司