用于焊接硬質(zhì)合金與鋼的無(wú)鎘低銀中溫釬料及制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種用于焊接硬質(zhì)合金與鋼的無(wú)鎘低銀中溫釬料，由以下組分按原子百分比組成：總的百分比為100%，其中Ag為40％～45％、Sn為7％～10％、Zn為5％～9％、Ni為0.2～0.5%、Ce為0.02％～0.04％、Ga為0.01％～0.03％、Bi為0.01％～0.03％、Cu為42％～48％。本發(fā)明還公開(kāi)上述的無(wú)鎘低銀中溫釬料的制備方法。本發(fā)明的無(wú)鎘低銀中溫釬料，釬料柔韌性能好，便于加工和裝配；在焊接時(shí)與硬質(zhì)合金與合金鋼的匹配性好，接頭綜合機(jī)械性能較高，制備方法，工藝簡(jiǎn)單，制作成本低，便于推廣。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于焊接硬質(zhì)合金與鋼的無(wú)鎘低銀中溫釬料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焊接材料【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及ー種用于焊接硬質(zhì)合金與鋼的無(wú)鎘低銀中溫釬料，本發(fā)明還涉及該種無(wú)鎘低銀中溫釬料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]YG系硬質(zhì)合金具有高硬度、高耐磨性、耐熱性、耐蝕性及良好的紅硬性，廣泛地應(yīng)用于地質(zhì)勘探、礦山開(kāi)采、石油鉆井等エ業(yè)領(lǐng)域，硬質(zhì)合金與鋼的焊接接頭性能往往成為制約硬質(zhì)合金優(yōu)異性能充分發(fā)揮的主要障礙。
[0003]通常的硬質(zhì)合金鉆探工具及刀具多是采用釬焊方法將硬質(zhì)合金鑲嵌在中碳鋼或低合金鋼基體上使用，由于釬焊溫度較高，導(dǎo)致硬質(zhì)合金過(guò)燒而影響接頭性能。近年來(lái)中溫釬料得到長(zhǎng)足發(fā)展，Ag-Cu-Cd-Sn釬料應(yīng)用較為普遍。但現(xiàn)用的中溫釬料多含有毒性元素鎘，不僅污染環(huán)境，而且對(duì)人體造成嚴(yán)重危害。研發(fā)無(wú)鎘中溫釬料已成為繼無(wú)鉛釬料之后的技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供ー種用于焊接硬質(zhì)合金與鋼的無(wú)鎘低銀中溫釬料，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的現(xiàn)用的中溫釬料多含有毒性元素鎘的問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明的另ー目的在于提供該種無(wú)鎘低銀中溫釬料的制備方法。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，ー種用于焊接硬質(zhì)合金與鋼的無(wú)鎘低銀中溫釬料，由以下組分按原子百分比組成:總的百分比為100%，其中Ag為40 %?45 %、Sn為7 %?10 %、Zn 為 5%?9%、Ni 為 0.2 ?0.5%、Ce 為 0.02%?0.04%, Ga 為 0.01%?0.03%, Bi 為
0.01% ?0.03%、Cu 為 42% ?48%。
[0007]本發(fā)明采用的另ー技術(shù)方案是，ー種上述的無(wú)鎘低銀中溫釬料的制備方法，具體按照以下步驟實(shí)施:
[0008]步驟A、熔配釬料母合金
[0009]Al、按以下原子百分比稱(chēng)量好各個(gè)高純金屬:總的百分比為100%，其中Ag為40%?45%、Sn 為 7%?10%、Zn 為 5%?9%、Ni 為 0.2 ?0.5%、Ce 為 0.02%?0.04%,Ga 為 0.01% ?0.03%、Bi 為 0.01% ?0.03%、Cu 為 42% ?48% ;
[0010]A2、將步驟Al凈化處理好的各高純金屬在超高真空電弧爐中進(jìn)行加熱熔化、經(jīng)數(shù)次翻轉(zhuǎn)并循環(huán)加熱，使合金充分熔配均勻，得到含氣量較低的釬料母合金；
[0011 ] 步驟B、應(yīng)用單輥急冷快速凝固裝置制備釬料箔材
[0012]把步驟A2得到的釬料母合金通過(guò)高頻感應(yīng)加熱至熔化并過(guò)熱形成合金液，3?5分鐘后，開(kāi)啟單輥急冷快速凝固裝置中的Ar氣閥，使合金液迅速?lài)姵?，流射到高速旋轉(zhuǎn)的輥輪表面并瞬間急冷凝固，得到無(wú)鎘低銀中溫合金釬料箔材，即成。
[0013]本發(fā)明的有益效果是，該無(wú)鎘低銀中溫釬料柔韌性能好，便于加工和裝配；具有優(yōu)良的強(qiáng)度及韌性，而且鋪展性和填縫性好，易于獲得高性能的硬質(zhì)合金/鋼釬接的接頭?！揪唧w實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0015]本發(fā)明用于焊接硬質(zhì)合金與鋼的無(wú)鎘低銀中溫釬料，由以下組分按原子百分比組成:總的百分比為100%，其中Ag為40%?45%、Sn為7%?10%、Zn為5%?9%、Ni為
0.2 ?0.5%、Ce 為 0.02%?0.04%,Ga 為 0.01%?0.03%,Bi 為 0.01%?0.03%,Cu 為
42%?48%。
[0016]在本發(fā)明上述的釬料成分中，各組分及含量限定原理是:
[0017]為了獲得熔點(diǎn)適中的釬料，提高硬質(zhì)合金/鋼接頭的綜合力學(xué)性能，基于Ag-Cu-Sn三元合金相圖及合金設(shè)計(jì)理論,在合金熔點(diǎn)與Ag-72Cu共晶釬料相當(dāng)?shù)那疤嵯?，通過(guò)適量添加N1、Sn、Zn、Ce、Ga等元素,得到Ag-Cu-Sn-Zn系的釬料合金。釬料中添加了Sn、Zn，兩種元素質(zhì)量總合低于20%，Sn含量不超過(guò)10%，使得釬料熔點(diǎn)可降至600°C。為了改善釬料的成形加工性能，并提高釬料的潤(rùn)濕性和釬接接頭力學(xué)性能，在釬料中添加適量Ni元素。由于Zn的添加量增多會(huì)導(dǎo)致釬縫組織粗大，在釬料中還加入少量的稀土 Ce和微量元素Bi，以細(xì)化組織，提高性能。另外，添加微量的Ce，還有助于消除合金中氫的有害影響。微量的Ga作為活性元素添加，目的是提高釬縫的結(jié)合強(qiáng)度。
[0018]本發(fā)明的無(wú)鎘低銀中溫釬料的制備方法，先利用超高真空電弧爐熔配母合金，再應(yīng)用單輥急冷快速凝固裝置，制備得到釬料箔材，具體按照以下步驟實(shí)施:
[0019]步驟A、熔配釬料母合金
[0020]Al、按以下原子百分比稱(chēng)量好各個(gè)高純金屬:總的百分比為100%，其中Ag為40%?45%、Sn 為 7%?10%、Zn 為 5%?9%、Ni 為 0.2 ?0.5%、Ce 為 0.02%?0.04%,Ga為0.01%?0.03%、Bi為0.01%?0.03%、Cu為42%?48% ;各高純金屬的純度為99.99% ;再用硼酐將稱(chēng)量好的各高純金屬進(jìn)行凈化處理；
[0021]A2、將步驟Al凈化處理好的各高純金屬在超高真空電弧爐中進(jìn)行加熱熔化、經(jīng)數(shù)次翻轉(zhuǎn)并循環(huán)加熱，使合金充分熔配均勻。由于氣體在金屬中的溶解度與溫度有關(guān)，在熔煉操作過(guò)程中，為了最大限度地減少液態(tài)合金的含氣量，在電弧爐完成熔配合金之后，再將熔配好了的合金置于真空保護(hù)中頻感應(yīng)爐中熔化、保溫靜置2-3分鐘時(shí)間，以利合金中氣體的逸出。為了將合金中的氣體含量降到最低，可再次升溫至合金重新熔化，保溫靜置2-3分鐘。這樣反復(fù)多次快速重熔和冷凝，可有效避免合金的吸氣，得到含氣量較低的釬料母合金。
[0022]步驟B、應(yīng)用單輥急冷快速凝固裝置制備釬料箔材，把步驟A2得到的釬料母合金通過(guò)高頻感應(yīng)加熱至熔化并過(guò)熱形成合金液，3?5分鐘后，開(kāi)啟單輥急冷快速凝固裝置中的Ar氣閥，使合金液迅速?lài)姵?，流射到高速旋轉(zhuǎn)的輥輪表面并瞬間急冷凝固，得到無(wú)鎘低銀中溫合金釬料箔材，即成。
[0023]采用上述方法制備的合金釬料箔材厚度為45?60 ii m,寬約6?8mm。
[0024]將本發(fā)明方法制備得到的合金釬料箔材用于焊接硬質(zhì)合金/鋼的試樣接頭時(shí)，先將合金釬料箔材置于待焊硬質(zhì)合金與鋼之間，然后按照常規(guī)高頻感應(yīng)釬焊方法對(duì)裝配好的接頭進(jìn)行加熱、保溫和凝固，再實(shí)施硬質(zhì)合金/鋼的釬焊連接。使用本發(fā)明的合金釬料箔材進(jìn)行硬質(zhì)合金/鋼接頭的釬焊エ藝簡(jiǎn)單，操作方便。[0025]實(shí)施例1
[0026]得到厚度約60 U m,寬約8mm的無(wú)鎘低銀中溫合金釬料箔材。應(yīng)用該合金釬料箔材，對(duì)40Cr與YG6進(jìn)行焊接，接頭拉剪強(qiáng)度172MPa。
[0027]實(shí)施例2
[0028]得到厚約50 U m,寬約8mm的無(wú)鎘低銀中溫合金釬料箔材。應(yīng)用該合金釬料箔材對(duì)40Cr與YG6進(jìn)行焊接，接頭拉剪強(qiáng)度186MPa，與目前廣泛應(yīng)用的Ag-Cu-Cd中溫釬料釬接40Cr與YG6的接頭剪切強(qiáng)度相當(dāng)。
[0029]
【權(quán)利要求】
1.ー種用于焊接硬質(zhì)合金與鋼的無(wú)鎘低銀中溫釬料，其特征在于，由以下組分按原子百分比組成:總的百分比為100%，其中Ag為40%?45%、Sn為7%?10%、Zn為5%?9%、Ni 為 0.2 ?0.5%、Ce 為 0.02%?0.04%,Ga 為 0.01%?0.03%,Bi 為 0.01%?0.03%,Cu 為 42%?48%。
2.—種權(quán)利要求1所述的無(wú)鎘低銀中溫釬料的制備方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施: 步驟A、熔配釬料母合金 Al、按以下原子百分比稱(chēng)量好各個(gè)高純金屬:總的百分比為100%，其中Ag為40%?45%、Sn 為 7%?10%、Zn 為 5%?9%、Ni 為 0.2 ?0.5%、Ce 為 0.02%?0.04%, Ga 為0.01% ?0.03%、Bi 為 0.01% ?0.03%、Cu 為 42% ?48% ; A2、將步驟Al凈化處理好的各高純金屬在超高真空電弧爐中進(jìn)行加熱熔化、經(jīng)數(shù)次翻轉(zhuǎn)并循環(huán)加熱，使合金充分熔配均勻，得到含氣量較低的釬料母合金； 步驟B、應(yīng)用單輥急冷快速凝固裝置制備釬料箔材 把步驟A2得到的釬料母合金通過(guò)高頻感應(yīng)加熱至熔化并過(guò)熱形成合金液，3?5分鐘后，開(kāi)啟單輥急冷快速凝固裝置中的Ar氣閥，使合金液迅速?lài)姵?，流射到高速旋轉(zhuǎn)的輥輪表面并瞬間急冷凝固，得到無(wú)鎘低銀中溫合金釬料箔材，即成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:所述的步驟Al中，各高純金屬的純度為99.99%，利用硼酐將稱(chēng)量好的各高純金屬進(jìn)行凈化處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:所述的步驟A2中，在電弧爐完成熔配合金之后，再將熔配好了的合金置于真空保護(hù)中頻感應(yīng)爐中熔化、保溫靜置2-3分鐘時(shí)間，反復(fù)多次快速重熔和冷凝。
【文檔編號(hào)】B23K35/30GK103567659SQ201310476847
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】翟秋亞, 陳凱, 徐錦鋒 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)