用于焊接硬質合金與鋼的無鎘低銀中溫釬料及制備方法
【專利摘要】本發明公開一種用于焊接硬質合金與鋼的無鎘低銀中溫釬料，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％。本發明還公開上述的無鎘低銀中溫釬料的制備方法。本發明的無鎘低銀中溫釬料，釬料柔韌性能好，便于加工和裝配；在焊接時與硬質合金與合金鋼的匹配性好，接頭綜合機械性能較高，制備方法，工藝簡單，制作成本低，便于推廣。
【專利說明】用于焊接硬質合金與鋼的無鎘低銀中溫釬料及制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于焊接材料【技術領域】，涉及ー種用于焊接硬質合金與鋼的無鎘低銀中溫釬料，本發明還涉及該種無鎘低銀中溫釬料的制備方法。
【背景技術】
[0002]YG系硬質合金具有高硬度、高耐磨性、耐熱性、耐蝕性及良好的紅硬性，廣泛地應用于地質勘探、礦山開采、石油鉆井等エ業領域，硬質合金與鋼的焊接接頭性能往往成為制約硬質合金優異性能充分發揮的主要障礙。
[0003]通常的硬質合金鉆探工具及刀具多是采用釬焊方法將硬質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，導致硬質合金過燒而影響接頭性能。近年來中溫釬料得到長足發展，Ag-Cu-Cd-Sn釬料應用較為普遍。但現用的中溫釬料多含有毒性元素鎘，不僅污染環境，而且對人體造成嚴重危害。研發無鎘中溫釬料已成為繼無鉛釬料之后的技術問題。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于提供ー種用于焊接硬質合金與鋼的無鎘低銀中溫釬料，解決了現有技術中的現用的中溫釬料多含有毒性元素鎘的問題。
[0005]本發明的另ー目的在于提供該種無鎘低銀中溫釬料的制備方法。
[0006]本發明采用的技術方案是，ー種用于焊接硬質合金與鋼的無鎘低銀中溫釬料，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]本發明采用的另ー技術方案是，ー種上述的無鎘低銀中溫釬料的制備方法，具體按照以下步驟實施:
[0008]步驟A、熔配釬料母合金
[0009]Al、按以下原子百分比稱量好各個高純金屬: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行加熱熔化、經數次翻轉并循環加熱，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高頻感應加熱至熔化并過熱形成合金液，3?5分鐘后，開啟單輥急冷快速凝固裝置中的Ar氣閥，使合金液迅速噴出，流射到高速旋轉的輥輪表面并瞬間急冷凝固，得到無鎘低銀中溫合金釬料箔材，即成。
[0013]本發明的有益效果是，該無鎘低銀中溫釬料柔韌性能好，便于加工和裝配；具有優良的強度及韌性，而且鋪展性和填縫性好，易于獲得高性能的硬質合金/鋼釬接的接頭?！揪唧w實施方式】
[0014]下面結合【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
[0015]本發明用于焊接硬質合金與鋼的無鎘低銀中溫釬料，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]為了獲得熔點適中的釬料，提高硬質合金/鋼接頭的綜合力學性能，基于Ag-Cu-Sn三元合金相圖及合金設計理論,在合金熔點與Ag-72Cu共晶釬料相當的前提下，通過適量添加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，兩種元素質量總合低于20%，Sn含量不超過10%，使得釬料熔點可降至600°C。為了改善釬料的成形加工性能，并提高釬料的潤濕性和釬接接頭力學性能，在釬料中添加適量Ni元素。由于Zn的添加量增多會導致釬縫組織粗大，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合強度。
[0018]本發明的無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施:
[0019]步驟A、熔配釬料母合金
[0020]Al、按以下原子百分比稱量好各個高純金屬: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% ;再用硼酐將稱量好的各高純金屬進行凈化處理；
[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行加熱熔化、經數次翻轉并循環加熱，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，在熔煉操作過程中，為了最大限度地減少液態合金的含氣量，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中頻感應爐中熔化、保溫靜置2-3分鐘時間，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高頻感應加熱至熔化并過熱形成合金液，3?5分鐘后，開啟單輥急冷快速凝固裝置中的Ar氣閥，使合金液迅速噴出，流射到高速旋轉的輥輪表面并瞬間急冷凝固，得到無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]將本發明方法制備得到的合金釬料箔材用于焊接硬質合金/鋼的試樣接頭時，先將合金釬料箔材置于待焊硬質合金與鋼之間，然后按照常規高頻感應釬焊方法對裝配好的接頭進行加熱、保溫和凝固，再實施硬質合金/鋼的釬焊連接。使用本發明的合金釬料箔材進行硬質合金/鋼接頭的釬焊エ藝簡單，操作方便。[0025]實施例1
[0026]得到厚度約60 U m,寬約8mm的無鎘低銀中溫合金釬料箔材。應用該合金釬料箔材，對40Cr與YG6進行焊接，接頭拉剪強度172MPa。
[0027]實施例2
[0028]得到厚約50 U m,寬約8mm的無鎘低銀中溫合金釬料箔材。應用該合金釬料箔材對40Cr與YG6進行焊接，接頭拉剪強度186MPa，與目前廣泛應用的Ag-Cu-Cd中溫釬料釬接40Cr與YG6的接頭剪切強度相當。
[0029]
【權利要求】
1.ー種用于焊接硬質合金與鋼的無鎘低銀中溫釬料，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.—種權利要求1所述的無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施: 步驟A、熔配釬料母合金 Al、按以下原子百分比稱量好各個高純金屬: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行加熱熔化、經數次翻轉并循環加熱，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高頻感應加熱至熔化并過熱形成合金液，3?5分鐘后，開啟單輥急冷快速凝固裝置中的Ar氣閥，使合金液迅速噴出，流射到高速旋轉的輥輪表面并瞬間急冷凝固，得到無鎘低銀中溫合金釬料箔材，即成。
3.根據權利要求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%，利用硼酐將稱量好的各高純金屬進行凈化處理。
4.根據權利要求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中頻感應爐中熔化、保溫靜置2-3分鐘時間，反復多次快速重熔和冷凝。
【文檔編號】B23K35/30GK103567659SQ201310476847
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年10月12日 優先權日:2013年10月12日
【發明者】翟秋亞, 陳凱, 徐錦鋒 申請人:西安理工大學