[發(fā)明專利]一種硬質(zhì)合金與金屬的擴(kuò)散連接方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310259910.7
• 申請日: 2013-06-26
• 公開（公告）號: CN103302371A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張麗霞;張若蘅;田成龍;雷敏;亓鈞雷;馮吉才
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B23K1/008
• 分類號: B23K1/008;B23K1/19;B23K1/20
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 牟永林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種硬質(zhì)合金與金屬的擴(kuò)散連接方法。

背景技術(shù)

硬質(zhì)合金是由硬度極高的金屬碳化物如WC、TiC等為基體，以Co、Ni、Cu等作為粘結(jié)劑燒結(jié)制成的粉末冶金制品，具有高熔點、高硬度和高強度等一系列的優(yōu)良性能。在硬質(zhì)合金的實際工程應(yīng)用中，經(jīng)常需要對硬質(zhì)合金與異種金屬實現(xiàn)可靠連接，以充分發(fā)揮這兩種材料的性能優(yōu)勢。由于硬質(zhì)合金熔點高、具有較強的化學(xué)穩(wěn)定性，因此目前主要采用釬焊方法實現(xiàn)硬質(zhì)合金的連接。現(xiàn)有的連接方法在釬料的制備過程中需采用超高真空電弧爐分步熔煉，再應(yīng)用單輥快速凝固裝置制備，因此釬料的制備工藝非常復(fù)雜。

硬質(zhì)合金與金屬的物理性能(如線膨脹系數(shù)、彈性模量等)差別較大，連接后接頭易產(chǎn)生較大殘余應(yīng)力，最終影響連接強度。另外，硬質(zhì)合金與鋁、銅等金屬連接時，由于金屬表面存在難去除的氧化膜，阻礙了母材元素的擴(kuò)散和反應(yīng)，界面無法實現(xiàn)緊密連接，最終也會降低接頭連接強度。特別是硬質(zhì)合金與鋁連接時，由于鋁熔點較低，為避免鋁母材熔化，通常焊接溫度為550-610℃，而如此低的焊接溫度很難實現(xiàn)連接界面處的化學(xué)冶金結(jié)合。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是要解決現(xiàn)有連接方式工藝復(fù)雜并且連接強度低的問題，提供了一種硬質(zhì)合金與金屬的擴(kuò)散連接方法。

本發(fā)明一種硬質(zhì)合金與金屬的擴(kuò)散連接方法，是通過以下步驟進(jìn)行的：一、毛化凸臺：通過計算機(jī)程序編制，用線切割機(jī)切割硬質(zhì)合金的待焊表面，使硬質(zhì)合金的待焊表面生成矩陣式凸臺；

二、焊前清理：使用80#、200#、400#和800#砂紙對金屬的待焊表面進(jìn)行逐級打磨，然后放入丙酮中超聲清洗3-10min，再自然風(fēng)干，得到清洗后的金屬；將生成了矩陣式凸臺的硬質(zhì)合金表面放入丙酮中超聲清洗5min后烘干，得到清洗后的硬質(zhì)合金；

三、擴(kuò)散連接：將清洗后的硬質(zhì)合金的待焊表面和清洗后金屬的待焊表面對接，然后放入擴(kuò)散焊爐中，用壓頭固定，然后通過擴(kuò)散連接工藝進(jìn)行擴(kuò)散連接，擴(kuò)散連接工藝參數(shù)為：硬質(zhì)合金與金屬擴(kuò)散連接的保溫時間為30-90min，真空度大于5.0×10^-3Pa，升溫速率為5-20℃/min，降溫速率為5-10℃/min，在爐內(nèi)溫度低于200℃后取出，即完成硬質(zhì)合金與金屬的擴(kuò)散連接。

本發(fā)明通過毛化凸臺的方法增加了連接面積、利用擴(kuò)散連接中施加的壓力實現(xiàn)硬質(zhì)合金在金屬表面的機(jī)械釘扎，并破除了金屬表面氧化膜。特別是，擴(kuò)散連接中的長時間保溫保壓過程促進(jìn)了界面元素間的充分?jǐn)U散和反應(yīng)。此外，預(yù)涂覆BNi₂中間層解決了硬質(zhì)合金在800℃以下難與金屬發(fā)生化學(xué)冶金反應(yīng)的難題，最終優(yōu)化了接頭性能和界面組織。同時，由于硬質(zhì)合金與金屬的線膨脹系數(shù)差異很大，作為中間層的BNi₂可以緩解接頭殘余應(yīng)力，從而提高接頭抗承載能力。本發(fā)明該工藝成本低廉、操作簡單，便于批量生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為試驗1得到的硬質(zhì)合金/鋁接頭界面組織宏觀照片，其中a為硬質(zhì)合金，b為鋁；

圖2為試驗1得到的硬質(zhì)合金/鋁接頭界面組織微觀照片，其中a為硬質(zhì)合金，b為鋁；

圖3為本發(fā)明硬質(zhì)合金矩陣式凸臺的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式一種硬質(zhì)合金與金屬的擴(kuò)散連接方法，是通過以下步驟進(jìn)行的：一、毛化凸臺：通過計算機(jī)程序編制，用線切割機(jī)切割硬質(zhì)合金的待焊表面，使硬質(zhì)合金的待焊表面生成矩陣式凸臺；

二、焊前清理：使用80#、200#、400#和800#砂紙對金屬的待焊表面進(jìn)行逐級打磨，然后放入丙酮中超聲清洗3-10min，再自然風(fēng)干，得到清洗后的金屬；將生成了矩陣式凸臺的硬質(zhì)合金表面放入丙酮中超聲清洗5min后烘干，得到清洗后的硬質(zhì)合金；

三、擴(kuò)散連接：將清洗后的硬質(zhì)合金的待焊表面和清洗后金屬的待焊表面對接，然后放入擴(kuò)散焊爐中，用壓頭固定，然后通過擴(kuò)散連接工藝進(jìn)行擴(kuò)散連接，擴(kuò)散連接工藝參數(shù)為：硬質(zhì)合金與金屬擴(kuò)散連接的保溫時間為30-90min，真空度大于5.0×10^-3Pa，升溫速率為5-20℃/min，降溫速率為5-10℃/min，在爐內(nèi)溫度低于200℃后取出，即完成硬質(zhì)合金與金屬的擴(kuò)散連接。