CN200710132644．6镍基钎料激光钎焊金刚石磨粒的制造方法

一种镍基钎料激光钎焊金刚石磨粒的制造方法,属于高温钎焊技术领域,本发明所需材料为45钢基体、镍基钎料和无镀膜金刚石,首先将加工好的45钢基体和无镀膜金刚石放入有机溶剂中进行超声波清洗,再依照45钢基缈镍基钎料／金刚石磨粒三层顺序制作待加工试样,然后将试样置入由CO2激光器、数控加工机床以及气体保护装置组成钎焊设备上,在CO2激光作用下,镍基钎料受热熔化,与基体和金刚石发生化学冶金结合,从而将金刚石与基体牢固地连接在一起。     

Cu-Sn-Ti钎料的改性设计及性能分析

钎料对钎焊金刚石工具的界面结合强度起决定作用。在Cu-Sn-Ti预合金钎料中添加Fe、Al、Si粉末制作预混合钎料,利用兼有上下界的极端顶点混料设计方法,确定17种钎料配比方案,并制作剪切样件和钎焊金刚石样件,通过剪切实验评价钎料的力学性能,使用SEM、EDS和Raman对基体界面、金刚石形貌和金刚石界面进行分析。试验结果表明:Cu-Sn-Ti的质量分数低于95%时,预混合钎料剪切强度明显降低,每种添加元素的质量分数应控制在2%以下;Cu-Sn-Ti钎料中,添加Fe、Al、Si的质量分数均为1.7%的预混合钎料熔点适宜、流淌性适中,磨粒出刃性好,对金刚石无损伤,且在金刚石界面有树枝状致密TiC生成,具有较好的综合性能。      

激光钎焊金刚石磨粒界面微结构分析

采用Ni基合金钎料,在Ar气保护条件下,对金刚石磨粒进行了激光钎焊试验研究.采用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)及X射线衍射仪(XRD)对钎焊金刚石试样进行理化分析,探讨了钎料与金刚石界面处碳化物的形成机理.结果表明,激光钎焊过程中在金刚石表面附近形成的富Cr层与金刚石表面的C元素反应生成碳化物,在钢基体结合界面上Ni-Cr合金钎料和钢基体中的元素相互扩散形成化学冶金结合.     

Ni-Cr合金钎料激光钎焊金刚石磨粒界面显微结构及形成机理

本文采用Ni-Cr合金钎料,在Ar气保护条件下,对金刚石磨粒进行了激光钎焊试验研究。采用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)及X射线衍射仪(XRD)分析金刚石磨粒与Ni-Cr钎料结合界面的组织结构与物相组成,并研究了钎料与金刚石界面处碳化物的形成机理。测试结果表明,激光钎焊过程中在金刚石表面附近形成的富Cr层与金刚石表面的C元素反应生成碳化物Cr3C2,通过反应热力学与动力学分析显示界面反应产物可以依靠置换反应形成,使金刚石磨粒与钎料实现了牢固结合。     

多层钎焊金刚石锯片的研制及基础分析

使用添加了合金粉A的Ni-Cr合金钎料制备金刚石表面钎焊金属化的磨粒,采用粉末冶金烧结技术制作了多层钎焊金刚石锯片、镀钛金刚石锯片和无镀覆金刚石锯片,并进行了对比切割试验。应用扫描电镜对表面钎焊金属化的金刚石磨粒界面及多层钎焊刀头断面进行了综合分析。结果表明:添加合金粉A既能保证Ni-Cr合金对金刚石磨粒的润湿,又能有效降低钎料对金刚石的损伤;多层钎焊锯片胎体与金刚石磨粒之间出现Ni元素的迁移现象,胎体与金刚石磨粒钎焊层形成了冶金结合;多层钎焊锯片比镀钛锯片具有更高的磨粒把持强度。     

两种合金化铜基钎料真空钎焊金刚石

采用机械合金化CuSn/TiH_2粉末和气雾化Cu-Sn-Ti钎料粉末对金刚石的进行真空钎焊实验,从金刚石钎焊形貌、界面生成物成分、钎料与基体结合情况、金刚石磨损形态等对比分析了两者的钎焊性能。研究表明:当钎焊温度为920℃,保温时间为10 min时,二者均能实现金刚石的高强度把持;气雾化Cu-Sn-Ti钎料在金刚石界面生成一层连续且致密的TiC层,而机械合金化CuSn/TiH_2粉末生成的TiC层相对较薄;两种钎料真空钎焊金刚石的钎焊性能较好,没有出现热刻蚀现象;真空钎焊金刚石磨粒在切削过程中主要经历了小块破碎、大块破碎以及磨平等正常磨损阶段;机械合金化Cu-Sn/TiH_2粉末钎焊的金刚石磨钝后出现了少数磨粒脱落的情况,但其脱落不会对磨具的整体切削性能产生影响,且其粉末制备成本低,在金刚石钎焊工艺中可考虑采用。     

Ni-Cr合金真空预钎焊金刚石磨粒复合节块界面微结构

在Ni-Cr合金中加入A合金粉制成复合钎料,在加热温度1 050 ℃和保温时间30 min的工艺下进行金刚石磨粒的预钎焊处理试验,在加热温度810 ℃和保温时间4 min的烧结工艺下制备预钎焊磨粒复合节块. 测试预钎焊磨粒的静压强度和复合节块的抗弯强度,并分析预钎焊金刚石、复合节块的界面微结构. 结果表明,复合钎料与金刚石磨粒在预钎焊过程中形成化学结合界面,且对金刚石的热损伤较小;当磨粒浓度范围为10%~50%时,复合节块的抗弯强度均高于常规金刚石节块;预钎焊金刚石与金属胎体在烧结过程中形成冶金结合界面,复合节块界面结合强度高.     

氨分解气氛保护下钎焊金刚石界面微观组织分析

为探索钎焊金刚石工具的大批量生产工艺,在氨分解气氛保护环境下于连续式网带炉中用Ni-Cr合金做钎料进行了金刚石的钎焊试验和钎焊磨盘的磨削试验. 用扫描电镜观察了钎焊后金刚石磨粒的微观组织形貌;用X射线能谱仪对深腐蚀后的金刚石磨粒表面进行了能谱分析,结合X射线衍射仪对磨粒表面生成物进行了物相鉴定;用三维视频显微镜观察和分析了金刚石磨盘磨削花岗岩时磨粒脱落情况. 结果表明,氨分解气氛保护钎焊金刚石,金刚石与钎料界面发生了化学冶金反应,生成了柱状碳化物,磨粒获得了较高的结合强度,磨削花岗岩50 m,磨粒脱落率仅为2.2%,略高于真空钎焊磨盘.     

钎焊金刚石接头热应力场有限元仿真及试验研究

根据实际金刚石钎焊微观界面特征,建立有限元几何模型,采用弹塑性有限元方法,仿真分析金刚石钎焊接头在感应钎焊冷却过程中的热应力场动态变化及残余热应力分布特征,并采用显微激光拉曼光谱法测量金刚石磨粒残余热应力大小。结果表明,热物性差异是影响钎焊接头热应力的主要因素;金刚石磨粒形状特征对热应力有较大影响;钎料的塑性变形对热应力具有一定的缓解作用;在金刚石钎焊接头残余热应力场中,金刚石层侧旁的Ti C层主要承受拉应力,而其他部位主要承受压应力;残余热应力测试验证结果与仿真热应力大小基本相符合。     

Ni-Cr合金钎料激光钎焊金刚石磨粒界面显微结构及形成机理（英文）

采用Ni-Cr合金钎料,在Ar气保护条件下,对金刚石磨粒进行了激光钎焊研究。采用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)及X射线衍射仪(XRD)分析金刚石磨粒与Ni-Cr钎料结合界面的组织结构与物相组成,并研究了钎料与金刚石界面处碳化物的形成机理。结果表明,激光钎焊过程中,在金刚石表面形成的富Cr层与金刚石表面的C元素反应生成碳化物Cr_3C_2。通过反应热力学与动力学分析显示,界面反应产物可以依靠置换反应形成,使金刚石磨粒与钎料实现了牢固结合。     

高频感应钎焊金刚石界面特征

讨论了在相同高频感应钎焊工艺条件下用两种不同成分的NiCr钎料钎焊镀Ti金刚石和无镀层金刚石的界面特征。利用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射研究了深腐蚀处理后的钎焊金刚石颗粒。结果表明,钎料成分不同、金刚石镀Ti与否,金刚石表面生成的碳化物成分和形态各异。钎焊镀Ti金刚石表面的碳化物致密且呈法向生长,而钎焊无镀层金刚石表面的碳化物疏松且切向生长。钎焊金刚石颗粒的研磨试验证实,界面碳化物成分和形态的不同决定了它们同金刚石结合强度的高低。     

Microstructural characterization of diamond/CBN grains steel braze joint interface using Cu–Sn–Ti active filler alloy

In order to develop the new generation superhard abrasive tools of diamond and cubic boron nitride (CBN), the brazing joint experiments of diamond/CBN crystals and AISI 1045 steel matrix using Cu–Sn–Ti active filler powder alloy were investigated in vacuum furnace. The brazing temperature was 930 °C and the dwelling time was 20 min. Interfacial characteristics of the brazing joint among the diamond/CBN grains, the active filler layer and the steel substrate were analyzed using scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy and X-ray diffraction techniques. The results indicated that Ti element in the Cu–Sn–Ti alloys diffused preferentially to the surface of diamond/CBN grits to form a Ti-rich reaction layer in the brazed joints by microanalyses. Moreover, the TiC, TiN and TiB₂ phases in diamond/CBN interface and Cu–Ti phase in steel interface were confirmed by X-ray diffraction phase analysis. The wetting and bonding reactions on diamond/CBN by melting Cu–Sn–Ti alloy were realized through the interfacial reaction products like TiC, TiN and TiB₂ compounds during the brazing process. The adhesive strength experiments of the joint interfaces revealed that the grains were not pulled out from the bond interface. The reliable bonding strength of brazed diamond/CBN grains to the steel substrate can meet the application requirements of high efficiency machining in the industrial field.     

微粉金刚石表面镀钛对钎焊磨具性能的影响

在微粉金刚石磨具的制备过程中,金刚石热损伤和磨粒与结合剂间界面特性是影响磨具性能的主要因素。利用电铸与钎焊相结合的工艺把表面镀钛和未镀钛两种微粉金刚石磨料制备成磨具,并将其用于氧化铝陶瓷的磨削试验。通过对钎焊后金刚石磨粒与钎料的界面分析,磨削力、磨粒脱落率以及工件表面粗糙度的比较,探讨磨粒表面镀钛对钎焊微粉金刚石磨具性能的影响。结果表明,镀钛微粉金刚石表面镀层在钎焊过程中对微粉金刚石起到包裹隔离的作用,可以降低微粉金刚石的热损伤和石墨化;在利用两种钎焊微粉金刚石磨具磨削氧化铝陶瓷时,镀钛微粉金刚石磨具的磨削力较小,磨料的脱落率也较少,且工件表面粗糙度值更低。综合比较,磨粒表面镀钛后,可以减弱微粉金刚石的热损伤,提高磨具的磨削性能。     

Yb元素对BAg30硬钎料及焊点组织与性能的影响

研究了Yb元素对Ag30-Cu-Zn-Sn（BAg30）钎料热性能、润湿性和微观组织的影响,分析了焊点的剪切强度和断口形貌,优化了钎料组分。结果表明,BAg30钎料添加1%（质量分数,下同）Yb后可以显著降低钎料液相线-固相线差值,促进钎料在钢基板表面的润湿性,细化微观组织。然而,当Yb添加量超过1%后,过量的Yb元素会降低钎料的性能,粗化微观组织。通过焊点剪切测试,BAg30-1% Yb钎料的焊点抗剪切强度和断裂形貌表现出明显的优越性,抗剪切强度相较于BAg30钎料焊点明显提高,断口形貌出现均匀细小的韧窝,表现为韧性断裂机制。     

磨粒真空预钎焊金刚石磨轮的研制及其加工性能分析

分别采用Cu-Sn-Ti合金、A合金稀释的Ni-Cr合金对金刚石真空预钎焊处理,将预钎焊磨粒与金属粉末混匀后热压烧结制作节块和磨轮,并进行磨轮对比磨削实验。由抗压强度、冲击韧性实验测试磨粒力学性能,由抗弯强度实验测试节块抗弯强度。由扫描电镜分析磨粒与胎体界面结合效果。结果表明:Cu基预钎焊磨粒预钎焊层分布均匀,力学性能比A-Ni基预钎焊磨粒提高;预钎焊节块抗弯强度高于常规节块;Cu基预钎焊磨粒与胎体结合致密,界面处Ti元素偏聚富集,Fe、Cu元素相互扩散,实现了牢固化学冶金结合;预钎焊磨轮加工性能明显优于常规磨轮,Cu基预钎焊磨轮锋利度比Ni基预钎焊磨轮提高约15%,实现了多层钎焊效果。     

单层钎焊立方氮化硼砂轮工作面磨粒包埋深度的确定

以Ag-Cu-Ti合金为钎料在真空炉中实现了CBN磨粒与45钢基体的钎焊连接，运用红外光谱仪测试了钎焊磨粒内部的残余应力，分析了最大残余拉应力对磨粒强度的影响，据此优选了钎焊CBN砂轮工作面上磨粒的包埋深度。结果表明：当包埋深度不同时，尽管钎焊磨粒内部的残余应力分布差异较大，但最大残余拉应力始终位于磨粒与钎料顶层截面的边缘位置，并且最大残余拉应力与包埋深度不存在线性关系；为提高钎焊CBN磨粒强度和确保砂轮容屑空间，磨粒包埋深度应控制在其自身高度的30％-40％之间。     

Interfacial characteristics of titanium coated micro-powder diamond abrasive tools fabricated by electroforming-brazing composite process

In this study, abrasive tools were fabricated by an electroforming-brazing composite process. The abrasive tools were prepared using micro-powder diamond (MPD) grits with and without titanium (Ti) coatings. The interface characteristics of the MPD diamond grits and filler alloy were investigated. The results show that the diamond grits are uniformly dispersed on the surface of the steel substrate without visible agglomeration, and the NiCr filler alloy has good wetting toward diamond grits. Compared to the uncoated diamond grits, the abrasive grains with a Ti coating have an ideal grain distribution and brazed joints, and no aggregation of Si element observed at its edge. There is a more stable carbide TiC that formed on its surface in addition to the chromium carbide. Furthermore, the coated diamond grits are not graphitized and show a better residual stress state. In the abrasive tools with Ti-coated diamond, numerous intermetallic compounds (IMCs) are formed in the brazing layer, but the formation of theγ-Ni-based solid solution is relatively slight. The IMCs increase the microhardness of the filler alloy and help improve the wear resistance of the solder layer.     

ZrB2-SiC/Inconel 600钎焊接头界面结构与反应机理

采用Ag-28Cu钎料对ZrB2-SiC陶瓷与Inconel 600镍基合金进行真空钎焊连接。利用扫描电镜、能量色散X射线光谱仪研究了钎焊接头界面结构、断口形貌,借助万能试验机测试其剪切强度。结果表明:采用Ag-28Cu钎料对ZrB2-SiC/Inconel 600真空钎焊,可以实现接头冶金结合,接头无裂纹及微孔隙缺陷。界面反应产物为Ni-Fe-Cr合金、Cu(s,s)+Ag(s,s)固溶体、(Cr,Fe)7C3+(Cr,Fe)3C2合金碳化物,结合扩散理论和热力学分析阐述了界面产物形成机理。钎焊接头室温平均剪切强度为32.92 MPa,断裂模式为解理断裂。     

含钪铝合金的钎焊工艺

探讨了Al-Zn-Mg-Sc-Zr铝合金采用炉中钎焊的可行性。结果表明，通过选用合理的钎料和钎剂组合以及优化试验条件下的钎焊工艺参数，可获得焊缝表面成形良好的钎焊接头。对获得的接头进行力学性能测试，结果表明，文中试验条件下获得的钎焊接头具有相对较高的抗剪强度；金相组织观察显示，钎缝金属组织致密，未发现有气孔、夹渣和微裂纹等焊接缺陷；扫描电镜观察显示接头拉伸断口大部呈韧性断裂机制。钎缝微区成分分析表明钎料与母材之间存在明显的合金元素互扩散，钎缝与母材之间结合良好；X射线衍射相结构分析表明，接头钎缝金属中含有Al，Sc、Al，Zb等组成相，对提高接头抗翦强度具有重要作用。     

基于熵模型镀锡银钎料钎焊性能的定量表征

以BAg50CuZn钎料和BAg34CuZnSn钎料为基材，采用镀覆扩散组合工艺制备了两类镀锡银钎料，利用综合热分析仪、润湿试验炉、万能拉力试验机测定镀锡银钎料的熔化温度区间、润湿面积及钎焊接头抗拉强度，建立了钎料润湿熵和接头强度熵的数学模型，并与熔炼合金化制备的相同Sn含量的传统钎料进行对比. 结果表明，与相同Sn含量的传统钎料相比，镀锡银钎料的润湿熵值更小、强度熵值略高. 同等Sn含量条件下，镀锡银钎料和传统钎料润湿熵值的变化趋势，与对应钎料在316LN不锈钢表面的润湿面积随Sn含量的变化趋势基本一致，强度熵值的变化趋势与对应钎料钎焊316LN不锈钢接头的抗拉强度随Sn含量的变化趋势几乎吻合；润湿熵和强度熵的模型在一定程度上可定量预测镀锡银钎料的钎焊工艺性和接头力学性能.