專利名稱:一種釬焊金剛石工具用鎳基釬焊料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于釬焊技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種釬焊金剛石工具用鎳基釬焊料及其制備 方法。
背景技術(shù):
在電鍍金剛石工具中,金剛石顆粒屬于機(jī)械包鑲,易于脫落,且無(wú)序排列、凸出低、 容屑空間??;在燒結(jié)金剛石工具中,金剛石無(wú)序排列,金剛石與胎體粉料不能實(shí)現(xiàn)完全冶金 結(jié)合,出刃自銳問題也難于解決。在此基礎(chǔ)上,釬焊金剛石工具應(yīng)運(yùn)而生,正好彌補(bǔ)上述兩 種金剛石工具制備中的缺陷?,F(xiàn)有高溫鎳基釬焊料品種很多,但適合于釬焊金剛石工具的 不多,要么釬焊工作溫度過(guò)高(大于ioocrc ),要么釬焊工具的性能不能滿足使用要求。在BNi 系釬料中,BNiIa 成分(wt. % )為 4. 0% 5. 0% Si、13. 0% 15. 0% Cr、 2. 75% 3. 5% B、4. 0% 5. 0% Fe,余量為 Ni,其固-液相溫度為 977°C 1097°C ;ΒΝ 2 的為 4. 0%~ 5. 0% Si,6. 0% 8. 0% Cr,2. 75% 3. 5% Β、2· 5%~ 3. 5% Fe,余量為 Ni, 其固-液相溫度為 971°C 999°C ;ΒΝ 5 的為 9. 75% 10. 5% Si、18. 5% 19. 5% Cr,余 量為Ni,其固-液相溫度為1073°C 1135°C,顯然上述釬料的釬焊溫度都超過(guò)1000°C,對(duì) 金剛石不利,影響金剛石工具的質(zhì)量。BNi7的為13. 0% 15. 0% Cr,9. 7% 10. 5% P,余 量為Ni,其固-液相溫度為888°C ;釬焊溫度900°C以上即可,但該釬料磷含量高,會(huì)導(dǎo)致磷 揮發(fā)并容易與鋼基體形成脆性相。所以用BNi系釬料釬焊金剛石工具不能完全滿足金剛石 工具的需要。另外,Z186100718鎳基釬焊料的主要成分為Ni-Cr-Si-B-Co-Mo,其抗氧化性、 高溫力學(xué)性能、釬焊性能好,熔點(diǎn)適當(dāng),但成本偏高。美國(guó)密執(zhí)安州的Alloy Metals, Inc. of Troy生產(chǎn)的商標(biāo)為Amdry-750的釬焊料 標(biāo)準(zhǔn)成分(wt. %)為:4.0%Si,16.5%Cr,4.0%Fe,3.8%B,Ni 余量,其熔點(diǎn)為 1950° F 2000 ° F(相當(dāng)于 1065. 65 "C 1093. 33 °C )。美國(guó)專利 Pat. No. 4776862 主要介紹 Ni-Fe-B-Si系的釬焊料,還有上世紀(jì)六、七十年代美國(guó)一些專利比如U. SPat. No. 3328189, 3378361,3868235,3615309等介紹一些Ni基釬焊料,但熔點(diǎn)基本上超過(guò)1000°C,應(yīng)用到釬 焊釬焊金剛石工具很容易造成金剛石的熱蝕變和退化。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種釬焊金剛石工具用鎳基釬焊料及其制備方法,由于釬 焊金剛石工具中釬焊對(duì)象為金剛石顆粒和鋼基體,并本著如下釬焊料合金粉成分設(shè)計(jì)原 則①良好的潤(rùn)濕性,較低的潤(rùn)濕角;②良好的延展性;③使金剛石有足夠的凸出高度和良 好的容屑能力;④良好的把持力;⑤較低的熔點(diǎn);⑥較低的成本。在大量的Ni-Cr系成分中 進(jìn)行篩選,設(shè)計(jì)和制備并發(fā)明了本釬焊料。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種中_高溫用于釬焊金剛石工具的Ni-Cr系 釬焊料合金粉,并提供上述合金粉的制備方法。本發(fā)明的Ni-Cr系用于金剛石工具釬焊料合金粉成分(wt. % )為2. 0% 2. 5%
3Si,4. 0% 4. 5% Cr,彡 0. 7% C,2. 0% 20. 0% Fe,2. 0% 2. 5% P,1. 0% 1. 5% B,余
量為Ni。本發(fā)明Fe的重量百分?jǐn)?shù)最佳范圍為2. 0% 2. 5%。本發(fā)明C的重量百分?jǐn)?shù)最佳范圍為0. 50% 0. 55%。本發(fā)明的鎳基釬焊料合金粉的固-液相溫度為880°C 930°C,最優(yōu)為 887. 7°C -925. 6°C,釬焊溫度不超過(guò)980°C即可,對(duì)金剛石不會(huì)造成熱損,把持力好強(qiáng)度高, 比高溫鎳基釬焊料綜合性能要好。本發(fā)明提供的上述合金粉的制備方法為高壓水霧化,具體步驟如下(1)按照重量百分?jǐn)?shù) 2.0% 2.5% Si,4.0% 4.5% Cr,0.5% 0.7% C, 2. 0% 20. 0% Fe,2. 0% 2. 5% P,1. 0% 1. 5% B,余量為Ni的化學(xué)成分配料;(2)在中頻感應(yīng)爐內(nèi),將C放入爐底,上面放Ni、Fe和Cr塊,待上述塊料熔清時(shí), 放入Si、B和P,于1450°C 1560°C對(duì)所有配料進(jìn)行熔化;(3)在一定的壓力,流量和溫度的條件下,利用高壓水對(duì)上述熔體霧化并在霧化桶 內(nèi)形成所需的粉體。上述霧化的壓力可以在480Kg 850kg,流量在70L/分鐘 150L/分鐘范圍內(nèi)調(diào) 整,霧化溫度控制在1350°C 1560°C。本發(fā)明的有點(diǎn)在于,在Ni-Cr系的基礎(chǔ)上準(zhǔn)確控制B、Si、P、C的含量并適度降低 Cr的含量,使其既具有良好的釬焊性能,又對(duì)金剛石有優(yōu)秀的把持力,同時(shí)又具有較窄的 固-液相范圍,亦即液相溫度不超過(guò)950°C,釬焊溫度不超過(guò)1000°C,用該釬焊料釬焊的金 剛石工具可以獲得滿意的切割效率和壽命。
圖1為實(shí)施例1的粉體的DSC曲線。圖2為實(shí)施例2的粉體的DSC曲線。圖3為實(shí)施例3的粉體的DSC曲線。圖4為實(shí)施例3的粉體X-射線物相分析。
圖5為實(shí)施例3的粉體的SEM形貌圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 本實(shí)施例的配方以重量百分比計(jì),具體成分如下Si 8. 0%, Cr 16. 5%, C 0. 6%, Fe 8. 0%, B 3. 5%,余量為 Ni。(1)按上述成分設(shè)計(jì)的配比進(jìn)行配料;(2)在中頻感應(yīng)爐內(nèi),將C放入爐底,上面放Ni、Fe和Cr塊,待上述塊料熔清時(shí), 放入Si和B,于1520°C 1560°C熔化;(3)在850Kg壓力,120L/分鐘流量和1560°C的條件下,利用高壓水對(duì)上述熔體進(jìn) 行霧化。霧化后粉末的激光粒度D5(l為30微米左右(過(guò)-200目篩子),氧含量控制在450ppm 以內(nèi)。上述高壓水霧化設(shè)備為小型實(shí)驗(yàn)裝備。圖1為本成分Ni-Cr-B-Si的DSC曲線,測(cè)試儀器為美國(guó)耐馳公司所生產(chǎn)。固-液相溫度為959. 5°C 1042. 5°C,顯然不滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)施例2本實(shí)施例的配方以重量百分比計(jì),具體成分如下Si 2. 5%, Cr 5. 5%, C 0. 5%, Fe 2. 5%, P 3. 0%,余量為 Ni。粉末制備方法同實(shí)施例1.圖2為本成分Ni-Cr-P的DSC曲線,測(cè)試儀器為美國(guó)耐馳公司所生產(chǎn)。固-液相 溫度為933. 6V 1283. 3°C,顯然也不滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)施例3本實(shí)施例的配方以重量百分比計(jì),具體成分如下Si 2. 5%, Cr 4. 5%, C 0. 5%, Fe 2. 5%, P 2. 5%, B 1. 5%,余量為 Ni。(1)按上述成分設(shè)計(jì)的配比進(jìn)行配料;(2)在中頻感應(yīng)爐內(nèi),將C放入爐底,上面放Ni、Fe和Cr塊,待上述塊料熔清時(shí), 放入Si、B和P,,于1520°C 1560°C熔化;(3)在500Kg壓力,140L/分鐘流量和1560°C的條件下,利用高壓水對(duì)上述熔體進(jìn) 行霧化。霧化后粉末的激光粒度D5(l為20微米左右(過(guò)-200目篩子),氧含量控制在650ppm 以內(nèi),松裝比2. 47g/cm3,無(wú)流動(dòng)性。上述高壓水霧化設(shè)備為小型實(shí)驗(yàn)裝備。圖3為本成分Ni-Cr系的DSC曲線,測(cè)試儀器為美國(guó)耐馳公司所生產(chǎn)。固-液相 溫度為887. 7V 925. 6°C,滿足設(shè)計(jì)要求。圖4為實(shí)施例3的粉體X-射線物相分析。利用x-射線粉末衍射方法,對(duì)粉體進(jìn) 行相分析。與Ni的標(biāo)準(zhǔn)峰對(duì)比,其峰位發(fā)生明顯的左偏移,而中間化合物比如Cr3Ni2、NiC 等非常微量,說(shuō)明其基本上形成M的固溶體。圖5為實(shí)施例3的粉體的SEM形貌圖。
權(quán)利要求
一種釬焊金剛石工具用鎳基釬焊料,其特征在于,該釬焊料為中 高溫用于釬焊金剛石工具的Ni Cr系釬焊料合金粉,化學(xué)成分重量百分?jǐn)?shù)為2.0%~2.5%Si,4.0%~4.5%Cr,≤0.7%C,2.0%~20.0%Fe,2.0%~2.5%P,1.0%~1.5%B,余量為Ni。
2.如權(quán)利要求1所述的鎳基釬焊料,其特征在于,焊料合金粉中Fe的重量百分?jǐn)?shù)為 2. 0% 2. 5%, C的重量百分?jǐn)?shù)為0. 50% 0. 55%。
3.—種權(quán)利要求1所述釬焊金剛石工具用鎳基釬焊料的制備方法,其特征在于,包括 以下工藝步驟(1)按照重量百分?jǐn)?shù)2. 0% 2. 5% Si,4. 0% 4. 5% Cr, ≤ 0. 7% C,2. 0% 20. 0% Fe,2. 0% 2. 5%P,1.0% 1.5%B,余量為Ni的化學(xué)成分配料;(2)在中頻感應(yīng)爐內(nèi),將C放入爐底,上面放Ni、Fe和Cr塊,待上述塊料熔清時(shí),放入 Si、B和P,于1450°C 1560°C對(duì)所有配料進(jìn)行熔化;(3)在壓力480Kg 850kg,流量在70L/分鐘 150L/分鐘,霧化溫度控制在1350°C 1560°C,利用高壓水對(duì)上述熔體霧化,并在霧化桶內(nèi)形成所需的粉體。
全文摘要
一種釬焊金剛石工具用鎳基釬焊料及其制備方法,屬于釬焊技術(shù)領(lǐng)域。該釬焊料為中-高溫用于釬焊金剛石工具的Ni-Cr系釬焊料合金粉,化學(xué)成分重量百分?jǐn)?shù)為2.0%~2.5%Si,4.0%~4.5%Cr,≤0.7%C,2.0%~20.0%Fe,2.0%~2.5%P,1.0%~1.5%B,余量為Ni。在Ni-Cr系的基礎(chǔ)上準(zhǔn)確控制B、Si、P、C的含量并適度降低Cr的含量,使其既具有良好的釬焊性能,又對(duì)金剛石有優(yōu)秀的把持力,同時(shí)又具有較窄的固-液相范圍,亦即液相溫度不超過(guò)950℃,釬焊溫度不超過(guò)1000℃,用該釬焊料釬焊的金剛石工具可以獲得滿意的切割效率和壽命。
文檔編號(hào)B23K35/30GK101890593SQ201010237468
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月23日
發(fā)明者丁士安, 李斌, 王峻, 金成海, 鐘正剛, 麻洪秋 申請(qǐng)人:安泰科技股份有限公司