一种稀土改性的高性能钎料的钎焊方法

本发明属于超硬磨料工具，具体地说，本发明涉及一种稀土改性的高性能钎料的钎焊方法。

背景技术：

1、金刚石具有高硬度、高强度、高耐磨、化学性质稳定和良好的抗腐蚀性，被广泛用作磨粒而制备金刚石工具，在硬质合金、陶瓷、玻璃、宝石等高硬脆材料的磨削加工方面具有良好的加工优势和市场前景。与传统金刚石工具相比，钎焊金刚石工具具有以下几种优势：钎料与金刚石的化学冶金结合，钎料与金刚石的结合强度比较高；金刚石的出露度高，钎料对金刚石的把持力大；磨料的有序排列可以提高磨具的动态和静态锐度增加了容屑空间；使用寿命长等诸多优点。目前常用的制备钎焊金刚石工具的钎料有ag基、cu基和ni基钎料，ag基活性钎料具有较低的熔点，能很好地润湿金刚石，但成本高不适用于广泛生产。cu基钎料润湿性较好成本低，但强度和耐磨性较差。而ni基钎料具备成本低、结合强度高、耐磨性好的优点，在重负荷和恶劣环境条件下也能够进行作业，应用范围广泛。

2、但是，基于传统ni基钎料由于钎焊的温度比较高易对金刚石造成热侵蚀，且存在触媒元素ni和fe促进金刚石石墨化；钎焊界面的残余应力大及综合力学性能低。这些问题降低了钎焊金刚石工具的磨削性能并缩短了使用寿命。目前，中国发明专利zl202210704595.3公布了《一种稀土nd掺杂的多元镍基合金钎料的制备方法及钎焊方法》，虽然减小界面处热裂纹的产生，然而，较高的钎焊温度仍然会造成金刚石热损伤较为严重的问题，这降低了基体对于金刚石的把持力，限制了金刚石工具磨削性能的进一步提高。

3、鉴于上述问题，急需研究和开发一种钎焊工艺性能优良及金刚石工具热损伤较低的低成本钎料。

技术实现思路

1、本发明提供一种稀土改性的高性能钎料的钎焊方法，以解决上述背景技术中存在的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种稀土改性的高性能钎料的钎焊方法，所述稀土改性的高性能钎料由如下方法制备：

3、步骤一：称重，使用高精度电子天平称取质量百分比分别为，10.0～14.0％的铬(cr)，1.0％～5.0％的硼(b)，2.0％～6.0％的硅(si)，1.0％～6.0％的铁(fe)，0.05％～3.0％的稀土(re)，其余为镍(ni)；将称取后的块状和粒状的金属原材料先在丙酮溶液中超声清洗15～20min，然后在乙醇溶液中超声清洗5～10min，烘干；

4、步骤二：熔炼制备合金铸锭，将步骤一中烘干后的原料置于高真空电弧熔炼炉中，先利用机械泵抽取低真空，再使用分子泵抽取高真空，充分排除炉内的空气，关闭分子泵，在纯度为99.9％的ar气保护下，高真空电弧熔炼炉中加热电流为200～300a进行充分熔炼获得合金钎料铸锭，随炉冷却；

5、步骤三：将步骤二中得到的冷却后的合金钎料铸锭取出；

6、步骤四：将步骤三中合金钎料铸锭使用线切割机切割成长度为15mm厚度为100～200μm的片状合金钎料；

7、所述步骤一中使用的稀土(re)材料：铒粒(er)的纯度为99.9％，铕粒(eu)的纯度为99.9％，镝粒(dy)的纯度为99.9％，铽粒(tb)的纯度为99.9％；

8、钎焊方法包括以下步骤：

9、步骤s1：将步骤四获得的含有稀土元素的多元镍基片状合金钎料，砂纸打磨去除表面附着的残渣和浮渣；

10、步骤s2：选取45号钢块，砂纸打磨45号钢块的钎焊面，以去除钢块表面的氧化层和杂质，将45号钢块和金刚石磨料先后放在丙酮溶液和乙醇溶液中进行超声清洗，烘干；

11、步骤s3：将步骤s1中得到的片状合金钎料铺在步骤s2中的钢块上表面，再将金刚石超硬磨料铺在钎料层的上表面，将金刚石、片状合金钎料和钢块从上到下依次放置，层与层之间依次涂敷有机载体，然后置于真空感应钎焊炉中进行钎焊，真空度保持在1×10-3～5×10-3pa加热至1050～1080℃并保温6～9min，待冷却到室温将钎焊样品从钎焊炉中取出。

12、优选的，所述步骤一中ni、cr、b、si、fe单质的纯度均为99.9％。

13、优选的，所述步骤二中低真空的真空度为10-1pa，高真空的真空度为5×10-3pa。

14、优选的，所述步骤s1中的片状合金钎料的尺寸为15mm×6mm；所述步骤s2中45号钢块的尺寸为15mm×10mm×6mm。

15、优选的，所述步骤s2中金刚石磨料的烘干过程如下：先在丙酮溶液中超声清洗20～30min，再在乙醇溶液中超声清洗5～10min，然后在50～60℃烘干。

16、优选的，所述步骤s3中高真空钼带钎焊炉的加热方式为钼片加热，升温速率为10℃/min，冷却方式为以降温速率为10℃/min降温至600℃，后随炉冷却。

17、采用以上技术方案的有益效果是：

18、1、本发明在传统的镍基钎料的基础上，通过添加微量的稀土元素re，降低了钎料的过冷度减少了粗大树枝晶的生成，使树枝晶逐渐向等轴晶过渡，从而提高了钎料的硬度，细化了钎料的晶粒并提高了钎料的力学性能。

19、2、本发明在传统的镍基钎料的基础上加入微量的稀土元素re会与界面处的ni相结合生成稀土化合物，降低了界面处的ni的数目，削弱了ni对于金刚石磨粒的侵蚀作用，保持了金刚石形貌的完整性。稀土元素re在合金钎料中所占的质量百分比为0.05％～3.0％时可以起到的钎焊效果最佳。

20、3、本发明在钎料中加入的微量稀土元素re，稀土元素re的加入降低了sp3结构的金刚石向sp2结构的转变，更好地保持了金刚石磨粒的高硬度，有效增强了钎焊金刚石式样的磨削性能。

21、4、本发明中稀土元素re的引入使界面的组织更加均匀致密，提高了基体对金刚石的把持强度，降低了钎焊界面处的热应力。

22、5、本发明制备的多元合金钎料，稀土元素re的存在减少了钎焊金刚石表面热蚀坑的产生，减少了界面热裂纹的产生，有效提高了钎焊金刚石的磨削效率。

技术特征：

1.一种稀土改性的高性能钎料的钎焊方法，所述稀土改性的高性能钎料由如下方法制备：

2.根据权利要求1所述的一种稀土改性的高性能钎料的钎焊方法，其特征在于，所述步骤一中ni、cr、b、si、fe单质的纯度均为99.9％。

3.根据权利要求1所述的一种稀土改性的高性能钎料的钎焊方法，其特征在于，所述步骤二中低真空的真空度为10-1pa，高真空的真空度为5×10-3pa。

4.根据权利要求1所述的一种稀土改性的高性能钎料的钎焊方法，其特征在于，所述步骤s1中的片状合金钎料的尺寸为15mm×6mm；所述步骤s2中45号钢块的尺寸为15mm×10mm×6mm。

5.根据权利要求1所述的一种稀土改性的高性能钎料的钎焊方法，其特征在于，所述步骤s2中金刚石磨料的烘干过程如下：先在丙酮溶液中超声清洗20～30min，再在乙醇溶液中超声清洗5～10min，然后在50～60℃烘干。

6.根据权利要求1所述的一种稀土改性的高性能钎料的钎焊方法，其特征在于，所述步骤s3中高真空钼带钎焊炉的加热方式为钼片加热，升温速率为10℃/min，冷却方式为以降温速率为10℃/min降温至600℃，后随炉冷却。

技术总结本发明公开了一种稀土改性的高性能钎料的钎焊方法，组成含有稀土元素的镍基钎料基本金属成分质量百分比为：10.0～14.0％的铬Cr，1.0％～5.0％的硼B，2.0％～6.0％的硅Si，1.0％～6.0％的铁Fe，0.05％～3.0％的稀土RE，其余为镍Ni。使用该种添加稀土元素的镍基钎料钎焊后的金刚石出露度更高，减缓了钎焊的高温对金刚石的热损伤情况，较好的维持了切削刃的完整形貌，提高了钎料与金刚石的结合强度，使得钎焊金刚石工具的使用性能大大提高。另外，稀土元素的加入起到细化晶粒的作用进而提高钎料的致密度和力学性能，且合金钎料制备简单，节能环保。技术研发人员：徐东,金天,刘长金,纠永涛,熊海琴,陈志浩,王邦伦,程亚芳,钟素娟,秦建受保护的技术使用者：安徽工程大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1