[發明專利]一種低溫連接WC-Co硬質合金與鋼的釬料的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202210694886.9
• 申請日: 2022-06-20
• 公開（公告）號: CN115055862A
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 杜安;鄭朝陽;馬瑞娜;范永哲;趙雪;曹曉明
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: B23K35/30
• 分類號: B23K35/30;B23K1/008;B23K1/20
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本發明為一種低溫連接WC?Co硬質合金與鋼的釬料的制備方法及其應用。該方法包括以下步驟：將松節油透醇、二乙二醇丁醚醋酸酯和聚異丁烯混合，得到第一混合溶液；再滴入添加劑，得到焊膏用粘接劑；將Ag?Cu?In?Ti復合釬料粉末與粘接劑混合，得到低溫連接WC?Co硬質合金與鋼的釬料；應用中，通過程序控溫，使WC?Co硬質合金和鋼實現了良好結合。本發明應用到WC?Co硬質合金與鋼的連接領域中具有釬焊溫度低、對基體材料損傷小、生產效率高和剪切強度高等優點。

技術領域

本發明屬于異種金屬連接工藝技術領域，具體是一種低溫連接WC-Co硬質合金與鋼的釬料的制備方法及其應用。

背景技術

WC-Co硬質合金以其良好的耐磨性和強度作為切削沖擊工具、高溫高壓下成型模具、耐磨耐蝕部件等材料，而廣泛應用于航空航天、機械工程、石油工業、地質勘探等領域。但其局限性是制備工藝復雜，加工沖擊韌性低，塑性差，材料成本高。為了避免這些問題，可以將其與鋼結合使用。硬質合金與鋼的連接，可以實現高硬度高強韌的理想結合，從而極大地拓展了硬質合金的應用領域和應用范圍。因此，研究硬質合金與鋼的連接工藝具有重要意義。

目前，硬質合金與鋼的連接工藝當中大多選用Cu基、Ni基釬料和Ag基釬料進行真空釬焊，選用Cu基和Ni基釬料時雖然可以獲得剪切強度較高的釬焊接頭，但釬焊溫度高(950-1200℃)，一方面加大了能源的消耗，另一方面在較高的釬焊溫度下進行加工后會對基體組織性能產生一定影響。對于WC-Co硬質合金來說，它是以較高熔點的金屬化合物WC為基體，以過渡族金屬Co為黏結相，通過粉末冶金制備而成的金屬陶瓷材料。從較高釬焊溫度燒結溫度冷卻后，粘結劑與基體相之間會形成熱殘余應力。這是由于金屬粘結劑和難熔碳化物之間的熱膨脹差異而產生的；對于鋼來說，在較高釬焊溫度燒結后，鋼基體的組織將會粗化。以上兩種影響會導致硬質合金與鋼的性能下降，最終降低材料的使用壽命。Ag基釬料相比與Cu基和Ni基釬料具有較低的熔化溫度，但在目前的研究當中，采用Ag基釬料釬焊硬質合金與鋼的釬焊接頭剪切強度低(60-180MPa)，縮小了其應用領域。

針對上述存在的諸多問題，本發明配制了一種低熔點的近共晶Ag-Cu-In釬料，成功實現低溫釬焊WC-Co硬質合金與鋼并得到了性能良好的釬焊接頭。此種工藝降低了釬焊溫度(700-780℃)并保護了基體材料不受影響，可顯著提高Ag基釬料制備硬質合金與鋼釬焊接頭結合強度，剪切強度可以達到250-260MPa。

發明內容

本發明主要目的是針對WC-Co硬質合金與鋼的連接，現有的Ag基釬料和工藝存在釬焊溫度高、接頭剪切強度低等缺點，提供一種低溫連接WC-Co硬質合金與鋼的釬料的制備方法及其應用。該方法摒棄了原有的Ag-Cu共晶比例釬料，將Ag-Cu釬料中加入了In，配置出了近共晶Ag-Cu-In比例釬料，并加入活性元素Ti，使既降低了釬料熔點，又增加了釬料活性。應用中，通過程序控溫，使WC-Co硬質合金和鋼實現了良好結合；本發明應用到WC-Co硬質合金與鋼的連接領域中具有釬焊溫度低、對基體材料損傷小、生產效率高和剪切強度高等優點。

為達到上述目的，本發明是按照以下技術方案實施的：

一種低溫連接WC-Co硬質合金與鋼的釬料的制備方法，該方法包括以下步驟：

步驟一、將松節油透醇、二乙二醇丁醚醋酸酯和聚異丁烯混合，得到第一混合溶液；

步驟二、密閉、磁力攪拌下，將第一混合溶液加熱至85-95℃，恒溫1-1.5h，得到第二混合溶液；

步驟三、向第二混合溶液內加入添加劑，然后密閉、磁力攪拌、85-95℃下保溫1-1.5h，隨后冷卻至室溫，即可得到焊膏用粘接劑；

其中，所述的添加劑為氫化蓖麻油、乙二酸、三乙醇胺和植物油酸；以上各物料質量占焊膏粘結劑的質量百分比為：松節油透醇42-48％、二乙二醇丁醚醋酸酯13-17％、聚異丁烯13-17％、氫化蓖麻油8-12％、乙二酸3-7％、三乙醇胺3-7％、植物油酸3-7％；