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金剛石復(fù)合片釬焊技術(shù)詳解

查看：1447 　發(fā)稿日期：2016-01-13 19:50:40

前言

聚晶金剛石PCD 是由金剛石微粉與粘結(jié)劑在高溫高壓條件下燒結(jié)而成的復(fù)合晶體材料，由于PCD 材料具有高硬度、高耐磨性、高彈性模量等顯著優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)已成為高檔機(jī)械加工刀具、地質(zhì)及石油鉆頭、石材加工工具、混凝土工具等高耐磨工具的首選材料。但是PCD 的焊接工藝性差，釬焊是目前最常用的焊接方法。PCD 的釬焊主要依靠潤(rùn)濕其中的金屬粉或硬質(zhì)合金基體實(shí)現(xiàn)。但由于PCD 中金剛石允許的加熱溫度受限制(一般不允許超過(guò)760-800℃)，所以釬料必須選用銀基釬料，而常規(guī)銀基釬料的耐熱溫度較低、對(duì)金剛石和碳化物的潤(rùn)濕性差，因此PCD 工具在使用過(guò)程中的脫焊成為主要失效形式之一，選用高性能的釬料、選擇合理的工藝是提高PCD 釬焊質(zhì)量的關(guān)鍵。

1 釬料的研制

根據(jù)PCD 的釬焊特點(diǎn)釬料，應(yīng)該滿(mǎn)足下列條件：熔化溫度不高于800℃，流鋪性適宜釬料耐高溫400℃以上，適宜通用的感應(yīng)釬焊或火焰釬焊，對(duì)PCD 合金鋼和硬質(zhì)合金的潤(rùn)濕性好。

針對(duì)上述特點(diǎn)，對(duì)常用的銀銅鋅釬料進(jìn)行了分析和選擇，確定在含銀量50 65 的銀基釬料基礎(chǔ)上添加強(qiáng)化元素，以改善釬料性能�？商砑拥脑赜蠧o Ni Mn Si Sn In B Ti Re 等。通過(guò)分析這些元素在釬料中的作用，確定Co Ni Mn 作為主要添加元素，提高釬料接頭強(qiáng)度。SiSn In B Ti Re 作為微量添加元素，改善流動(dòng)性、增加潤(rùn)濕性和降低釬料的熔化溫度。根據(jù)以上分析共研制了六種綜合性能較好的合金。

2 釬焊工藝制定

釬縫強(qiáng)度主要取決于以下三個(gè)因素：被連接材料的組織和狀態(tài)、釬料和釬劑、釬焊過(guò)程。

2.1 被連接材料的焊前處理

結(jié)合面設(shè)計(jì)：PCD 片的形狀是由使用要求確定的，基體的槽型對(duì)釬焊強(qiáng)度和焊接內(nèi)應(yīng)力影響很大，最基本的設(shè)計(jì)原理是單面焊和最小應(yīng)力焊接。

幾何尺寸校驗(yàn)：最佳的裝配間隙是0.1-0.15 mm，中部間隙應(yīng)不大于四周間隙。

氧化層去除和去油：常用的清除表面氧化層的方法有磨削、噴砂、超聲波清洗和化學(xué)處理等。磨削和噴砂可能帶來(lái)焊縫加砂，化學(xué)處理明顯腐蝕硬質(zhì)合金表面的Co，所以化學(xué)處理時(shí)間要嚴(yán)格控制，并用氨水及時(shí)中和殘酸。較理想的工藝是磨削或噴砂配合超聲波清洗，除油污的溶劑有汽油酒精和丙酮。

2.2 釬料和釬劑的預(yù)備

釬料的選擇既要滿(mǎn)足刀具的使用條件又要符合刀片和基體材料的要求。釬料應(yīng)裁剪成比刀片略大一點(diǎn)的相似形狀。當(dāng)?shù)毒呋w選用鋼時(shí)應(yīng)選用0.15-0.20 mm 厚度的釬料；當(dāng)?shù)毒呋w選用硬質(zhì)合金時(shí)，應(yīng)選用0.18-0.25 mm 厚度的釬料。

焊劑經(jīng)常選用普通的QJ102，焊接前將釬劑用去離子水調(diào)成糊狀使用，如果釬劑已經(jīng)吸水結(jié)塊可以用去離子水煮成糊狀。膏狀釬劑和不吸潮釬劑使用更為方便。

2.3 釬焊過(guò)程

常用的釬焊方法有感應(yīng)釬焊和火焰釬焊兩種，感應(yīng)釬焊的焊接溫度便于控制、操作技巧便于掌握；火焰釬焊要求用還原性火焰。

釬焊時(shí)，首先加熱涂過(guò)釬劑、加過(guò)釬料的刀柄，感應(yīng)釬焊時(shí)可用清潔的陶瓷棒壓緊釬料，當(dāng)釬料開(kāi)始熔化時(shí)加上刀片，當(dāng)釬料自由流動(dòng)后暫停加熱。用陶瓷棒往復(fù)移動(dòng)刀片可以起到排渣和除氣作用，但當(dāng)釬料失去光澤時(shí)焊縫溫度已經(jīng)下降到釬料的液相線，這時(shí)已不宜再移動(dòng)刀坯，靜止-保溫-加壓，直到釬縫變暗為止。

焊后應(yīng)將刀具放在烘箱或石棉箱中緩冷，決不允許將刀具置入水或油中急冷。

焊后應(yīng)及時(shí)清洗過(guò)量的釬劑和表面氧化皮。

3 釬料性能試驗(yàn)

六種釬料的性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1，從表中可以看出BAg611、BAg613 的釬焊溫度最低，流動(dòng)性最好；BAg612 的結(jié)晶間隔較大，可使用厚焊片焊接，適宜于釬焊振動(dòng)條件下工作的刀具。后三種釬料BAg614 BAg615 BAg616 的釬焊溫度較高，但釬料的連接強(qiáng)度較高，尤其是高溫強(qiáng)度高，適宜于釬焊干切工具、粗加工刀具以及在振動(dòng)場(chǎng)合下工作的刀具。

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