本發(fā)明屬于硬質(zhì)合金的釬焊領(lǐng)域，具體涉及一種硬質(zhì)合金的釬焊方法。

背景技術(shù)：

硬質(zhì)合金通常為難熔金屬硬質(zhì)混合物與粘結(jié)金屬經(jīng)冷壓或熱壓成型燒結(jié)制造的一類合金，因其具有高硬度、高耐磨性、極佳的紅硬性而被廣泛應(yīng)用于金屬切削工具、礦山采掘、石油鉆井、采煤截齒、拉伸沖壓模具、軋輥、量具等諸多行業(yè)。根據(jù)硬質(zhì)合金中硬質(zhì)化合物的不同，可分為鎢鈷類(YG)、鎢鈦鈷類(YT)、鎢鈦鉭(鈮)鈷類(YW)及碳化鈦類(YN)四大類。硬質(zhì)合金通常以鈷作為粘結(jié)劑填充于金屬硬質(zhì)化合物——如碳化物顆粒間，其含量對硬質(zhì)合金的強度、硬度與耐磨性能有直接影響。

硬質(zhì)合金與基體的連接有機械裝卡、釬焊、機械鑲嵌、鑲鑄四種方式，精加工硬質(zhì)合金工具和采掘工具主要使用釬焊方式制造。在釬焊過程中，高溫下硬質(zhì)合金胎體中的鈷向液態(tài)釬料總擴散并與釬料中的錳、鎳元素形成鎳錳鈷三元共晶，而硬質(zhì)合金/釬料界面處鈷含量大幅降低，該現(xiàn)象稱之為“鈷擴散遷移”?！扳挃U散遷移”現(xiàn)象意味著硬質(zhì)合金中粘結(jié)劑流失，致使焊接面硬質(zhì)合金胎體不密實、強度下降，焊接質(zhì)量及使用性能降低。

目前已有方法通過改進釬料成分以防止硬質(zhì)合金釬焊過程中“鈷擴散遷移”現(xiàn)象的發(fā)生。其將釬料中的錳部分以鈷替代，提高釬料中鈷的物質(zhì)濃度以減緩硬質(zhì)合金胎體中的“鈷擴散遷移”現(xiàn)象；但該方法的不足在于釬料的熔點較高且潤濕性能變差，導(dǎo)致焊接的均勻性下降，焊接質(zhì)量難以滿足要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種硬質(zhì)合金的釬焊方法，其可以有效阻止硬質(zhì)合金釬焊過程中“鈷擴散遷移”現(xiàn)象的發(fā)生。

為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種硬質(zhì)合金的釬焊方法，包括：在硬質(zhì)合金和釬料之間引入單質(zhì)鈷，然后進行焊接。

釬料是釬焊時的填充材料。釬焊時，釬料能與基材發(fā)生潤濕、溶解、反應(yīng)擴散等相互作用，并通過形成牢固的冶金結(jié)合實現(xiàn)釬焊件與基材的連接。本發(fā)明中，硬質(zhì)合金用于與基體釬焊，所述基體為金屬材料基體，優(yōu)選鋼基體。

依據(jù)菲克第一定律(式(1))及菲克第二定律(式(2))：

$J=-D\frac{dC}{dx}---\left(1\right);$

$\frac{\∂C}{\∂t}=D\frac{{\∂}^{2}C}{\∂x^2}---\left(2\right);$

式(1)、式(2)中，J為擴散通量，D為擴散系數(shù)，C為物質(zhì)濃度，x為與界面間距，t為擴散時間。

本發(fā)明提供的硬質(zhì)合金的釬焊方法，通過在硬質(zhì)合金和釬料之間引入單質(zhì)鈷，使釬焊過程中，在釬料和硬質(zhì)合金界面處的鈷含量高于界面兩側(cè)而呈現(xiàn)峰值；依據(jù)菲克定律，釬焊過程中，鈷元素的遷移速率及遷移量與界面兩側(cè)鈷的物質(zhì)濃度差正相關(guān)，且物質(zhì)濃度的變化率與兩側(cè)物質(zhì)濃度差正相關(guān)；釬焊時，在該界面處形成鈷濃度高的液相區(qū)，鈷自界面分別向硬質(zhì)合金方向、釬料方向擴散，使鈷自界面向硬質(zhì)合金方向擴散，與硬質(zhì)合金中鈷向界面的擴散趨勢互為平衡，從而有效抑制了“鈷擴散遷移”現(xiàn)象的發(fā)生，提高了硬質(zhì)合金釬焊制品的焊接質(zhì)量。

本發(fā)明介紹兩種在硬質(zhì)合金和釬料之間引入單質(zhì)鈷的方法。分別為：

(1)在硬質(zhì)合金和釬料之間涂覆含鈷釬劑以引入單質(zhì)鈷，所述含鈷釬劑由鈷粉和釬劑組成，鈷粉的質(zhì)量至少為釬劑質(zhì)量的5％。

釬劑是釬焊過程中使用的熔劑，與釬料配合使用，是保證釬焊過程順利進行和獲得致密接頭的重要物質(zhì)。釬劑的作用是清除熔融釬料和基材表面的氧化物，保護釬料及基材表面不被氧化，改善釬料對基材的潤濕性能，促進界面活化，使其能順利地實現(xiàn)釬焊過程。

優(yōu)選的，鈷粉的粒徑為300目以細。向釬劑中按比例加入鈷粉，混合均勻，即得含鈷釬劑。

釬焊時的溫度為900℃～1000℃，焊接時，焊接的溫度根據(jù)所使用的釬料種類變化，保溫時間較常規(guī)焊接時的保溫時間增加20％。釬焊可采用15kW高頻感應(yīng)焊機進行加熱。

本發(fā)明的硬質(zhì)合金的釬焊方法，通過向釬劑中添加鈷的方式使釬焊界面處鈷含量呈現(xiàn)峰值，鈷自釬焊界面向硬質(zhì)合金方向擴散，與硬質(zhì)合金中鈷向釬焊界面的擴散趨勢互為平衡，抑制“鈷擴散遷移”現(xiàn)象的發(fā)生。該方法不改變釬料的熔點、潤濕性能等自身特性，可獲得高焊接質(zhì)量的產(chǎn)品且工藝簡單，適于在硬質(zhì)合金的釬焊過程中的推廣應(yīng)用。

(2)在釬料表面機械嵌入鈷粉以引入單質(zhì)鈷，鈷在釬料表面的覆蓋率在5％以上。

所述機械嵌入是采用軋輥擠壓將鈷粉嵌入釬料表面。

為方面釬焊過程的進行，優(yōu)選的，在釬料靠近硬質(zhì)合金一側(cè)的表面機械嵌入鈷粉，得到嵌鈷釬料；再在嵌鈷釬料的嵌鈷面上涂覆釬劑、放置硬質(zhì)合金，然后進行焊接。

優(yōu)選的，鈷粉的粒徑為60目～150目。

在基材表面依次放置嵌入鈷粉的釬料、釬劑、硬質(zhì)合金進行釬焊，即得。釬焊可采用15kW高頻感應(yīng)焊機進行加熱。

本發(fā)明的硬質(zhì)合金的釬焊方法，通過將鈷粉嵌入釬料表面，使釬料和硬質(zhì)合金界面處的鈷含量呈現(xiàn)峰值，抑制“鈷擴散遷移”現(xiàn)象的發(fā)生。該方法適用于工業(yè)自動化生產(chǎn)，可保證機械嵌入過程穩(wěn)定，獲得質(zhì)量穩(wěn)定、批次重復(fù)性好的釬焊硬質(zhì)合金復(fù)合材料。

附圖說明

圖1為硬質(zhì)合金的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為含鈷釬劑的制備示意圖；

圖3為鈷粉機械嵌入釬料表面的示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例1的硬質(zhì)合金的釬焊方法示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例2的硬質(zhì)合金的釬焊方法示意圖；

圖中，1-鈷粉；2-膏狀釬劑；3-釬料；4-鋼基體；5-含鈷釬劑；6-硬質(zhì)合金；7-嵌鈷釬料。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。

在以下實施例中，硬質(zhì)合金的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，鈷作為粘結(jié)劑填充于金屬硬質(zhì)化合物之間(以碳化鎢為例)；

圖2為含鈷釬劑的制備示意圖，將鈷粉1加入膏狀釬劑2中混合均勻即得；

圖3為鈷粉機械嵌入釬料表面的示意圖。圖中采用軋輥擠壓的方式將鈷粉1嵌入釬料3表面。

實施例1

本實施例的硬質(zhì)合金的釬焊方法，示意圖如圖4所示，包括以下步驟：

1)向膏狀釬劑(FB105成分膏狀釬劑)中加入300目以細鈷粉并混合均勻，得到含鈷釬劑；含鈷釬劑中，鈷粉質(zhì)量為膏狀釬劑質(zhì)量的5％；

2)清理硬質(zhì)合金6與鋼基體4的表面，在鋼基體表面放置釬料3，再在釬料3表面涂覆含鈷釬劑5，然后在含鈷釬劑5表面放置硬質(zhì)合金6，使用15kW高頻感應(yīng)焊機加熱至940～960℃，保溫120s。

實施例2

本實施例的硬質(zhì)合金的釬焊方法，示意圖如圖5所示，包括以下步驟：

1)將60目～150目的鈷粉均勻鋪撒在HL105釬料表面，鈷粉在HL105釬料表面的覆蓋率為5％，通過軋輥擠壓將鈷粉顆粒嵌入HL105釬料表面，得到嵌鈷釬料；

2)清理硬質(zhì)合金6與鋼基體4的表面，在鋼基體4表面放置嵌鈷釬料7，再在嵌鈷釬料7表面涂覆膏狀釬劑2(FB105成分膏狀釬劑)，然后在釬劑表面放置硬質(zhì)合金6，使用15kW高頻感應(yīng)焊機加熱至940～960℃，保溫120s。

對比例1

對比例的硬質(zhì)合金釬焊方法，是在鋼基體表面，依次放置HL105釬料、膏狀釬劑及YG8硬質(zhì)合金，使用15kW高頻感應(yīng)焊機加熱至940～960℃，保溫100s，即得。

試驗例

本試驗例對各實施例的釬焊方法的焊接質(zhì)量進行檢測，結(jié)果如表1所示。

表1實施例1、實施例2與對比例1的對比試驗結(jié)果

由表1的試驗結(jié)果可知，本發(fā)明的硬質(zhì)合金的釬焊方法所得制品在抗剪強度方面優(yōu)于常規(guī)硬質(zhì)合金的釬焊方法，通過有效抑制硬質(zhì)合金中“鈷擴散遷移”，提高了焊接質(zhì)量。