钎焊要什么材料?钎焊超硬工具(包括金刚石工具和立方氮化硼工具)在工程陶瓷、硬质合金等难加工材料的高效精密加工过程中得到了广泛应用，但传统工艺制造的超硬磨粒工具存在磨粒易脱落、磨粒利用率不高的问题，现在小编就来说说关于钎焊要什么材料?下面内容希望能帮助到你，我们来一起看看吧!
钎焊要什么材料
钎焊超硬工具(包括金刚石工具和立方氮化硼工具)在工程陶瓷、硬质合金等难加工材料的高效精密加工过程中得到了广泛应用，但传统工艺制造的超硬磨粒工具存在磨粒易脱落、磨粒利用率不高的问题。
磨粒的脱落一方面会引起加工表面质量的降低，另一方 面也会造成金刚石等资源的浪费。为解决超硬磨粒把 持强度不高、磨粒易过早脱落的问题，20世纪90年代， 日本学者Chattopadhyay等率先采用高温钎焊工艺开 发了新一代超硬磨料工具—-钎焊砂轮，其锋利的表面形貌和优异的加工性能征服了磨削界，被业内专家 称为磨具行业一项具有革命意义的创造发明”。
钎焊砂轮主要是利用活性钎料中活性金属元素(如Ti、Cr、Mo等）与超硬磨粒界面处形成的化学冶金结合，大大 提高了结合剂对磨粒的把持强度，磨粒的出刃高度达 到磨粒自身高度的2/3，既提高了磨粒切削刃的锋利 性，又大大扩展了容屑空间，砂轮的磨削性能和使用寿 命均得到大幅度提高。而在钎焊砂轮的制备过程 中，由于超硬磨料与一般钎料不浸润、钎料熔点过高易导致金刚石石墨化、钎料与磨粒之间力学、物理性能不 匹配等原因，磨粒在钎焊过程中易产生应力集中和热 损伤等现象。
钎料对超硬磨粒的钎焊性能和使用寿命均具有重 要的影响，对此，国内外相关学者开展了大量的研究工作。作者主要介绍了3种常见超硬磨粒钎焊用钎料的钎焊性能、工艺参数及钎料元素改进等方面的研究现 状，并对钎焊用钎料的下一步研究重点进行了展望。
Ag基钎料体系
Ag基钎料是制备超硬磨具常用的一类钎料。其 熔点适中，工艺性良好，具有一定的强度、硬度和耐腐 蚀性。传统Ag基钎料通过添加Ti、Cr、Zn、Cu等元素可构成三元或多元合金，一方面降低了钎料成本，另一 方面可有效控制钎料熔点、提高钎焊性能。
Ag基钎料的钎焊性能研究
徐鸿钧等采用Ag基钎料制备了单层钎焊金刚石砂轮，发现在Ag-Cu钎料中添加一定的活性元素Cr可显著改善基体对磨粒的把持力。周玉梅等采用添加Cr粉的Ag基钎料进行了钎焊金刚石实验，并对磨粒、基体和钎料合金之间的界面微观结构和反应产物进行观测和分析，认为钎焊界面生成的Cr7C3等碳化物是实现基体对磨粒高强度把持的主要原因。Ding等釆用Ag-Cu-Ti钎料开发了单层钎焊CBN砂轮，并研究了钎焊界面结构及形成机理，认为B、N等元素在Ti 合金层扩散能力的差异造成了界面组织的分层，并观测到Ti元素优先聚集在磨粒表面形成一层针状的化合物。
卢广林等研究了Ag-Cu-Ti钎料钎焊CBN的钎焊性能和微观结构，发现活性元素Ti的含量对钎焊性能影响很大，随着Ti含量的增加，钎料的润湿性、钎焊接头强度都显著增强。亢世江等。制备了Ti为1%,2%,3%、4%、5％(质量分数)的Ag基钎料，并进行了金刚石膜与硬质合金的钎焊实验，发现Ti的质量分数为1%~3%的钎料具有高的延展性，适合各种成形加工，同时观测到Ag基钎料中的活性成分β-Ti与金刚石膜表面C极具亲和力，实现了金刚石膜与硬质合金的高强度连接。
Ag基钎料的钎焊工艺参数研究
Miab等研究了Ag基钎料对CBN的润湿机理， 并观察钎焊温度为920°C时，不同的保温时间（5~15min)对钎焊CBN性能的影响，发现提高保温时间可促使Cu-Ti相向磨粒界面迁移，生成均勻、连续的反应层。为解决高温钎焊冷却过程中较大的热应力导致接头断裂和磨粒破碎的问题，秦优琼等研究了钎焊时压力载荷对金刚石接头残余应力的影响，发现对试件施加一定的压力可降低钎焊的最大残余应力值，提升钎焊接头的剪切强度。丁文锋等采用有限元法对Ag-Cu-Ti钎料钎焊CBN磨粒时的接头残余应力进行了模拟仿真，并重点研究了不同的钎料包埋深度对金刚石残余应力的影响，结果发现:当包埋深度低于50% 时，磨粒内部的最大残余拉应力随包埋深度的增加而减小；当包埋深度在60%~80%时，磨粒的最大残余拉应力变化较小。
Li等采用超高频连续钎焊工艺进 行CBN焊接实验，并探究在不同扫描速度下，磨粒、Ag-Cu-Ti钎料及基体之间的钎焊性能，发现当扫描速度为0.5 mm/s时，可获得较合适的界面新生化合物层结构，同时指出这种利用局部加热与扫描相结合的钎焊形式有利于减少焊后的热变形。Wulf等采用Ag 基钎料在硬质合金基体上进行了金刚石钎焊实验，并探究基体表面粗糙度、钎焊温度等工艺参数对钎料润湿行为的影响，发现随着钎焊温度的升高Ti元素的扩散能力增加，基体表面的粗糙度值越小，润湿性越好。
Ag基钎料的元素改进研究
近年来，添加元素改进钎料成分是一个研究热点。通过添加稀土、石墨、TiC颗粒增强相等可进一步改善钎料性能，主要体现在以下几个方面:
1)调控钎料的润湿性能;
2)调节钎料熔点;
3)细化晶粒，提升钎焊强度。
如Chen等在Ag-Cu-Ti钎料中添加TiB2粉末进行了钎焊CBN实验，分析了磨粒界面和磨损特性，发现TiB2的加人可缓和磨粒界面的剧烈反应程度，提高了磨粒的钎焊性能。Ding等采用纳米TiC颗粒进行了相关钎焊实验，发现纳米TiC颗粒的加人能更有效地控制磨粒与钎料的剧烈反应，细化Ag-Cu-Ti合金钎料层的显微组织。Yang等进行了合金钎料添加稀土元素Ce的钎焊金刚石实验，发现Ce的加人促进了Ag-Cu-Ti钎料合金化，降低了钎料熔点，使组织细化，当Ce元素为0.25%~0.5%(质量分数）时具有良好的润湿性，钎料的硬度和抗剪强度显著提升;其后又研究了稀土La改性A g-Cu-Ti钎料的力学性能和显微组织，发现La的加人对钎料的熔点影响不大，但显著提高了钎料的显微硬度和润湿性能。Klotz等在Ag- Cu-Ti钎料的基础上加人低熔点元素In，在钼薄板基体上进行钎焊金刚石试验，观测到基体组织包含Ag- Cu、富态Cu-In-Ti相，磨粒和钎料结合界面生成了以TiC为过渡产物的Ti3lnC化合物，认为In元素的加人增强了钎料的润湿性和耐腐蚀性。
Cu基钎料体系的研究
Cu基钎料与Ag基钎料性能相似，但成本比Ag基钎料低，同时与其他金属有良好的相容性。Cu基钎料大多以Cu-Sn合金为主，常添加Ti、Zr等元素，目前在超硬磨粒工具的钎焊过程中得到广泛的应用。
Cu基钎料的钎焊性能研究
Li等开展了Cu-Sn-Ti钎料钎焊金刚石的性能研究，发现金刚石表面异质外延生成TiC层，TiC的晶格常数受到金刚石晶向的影响，并认为晶格失配造成的界面应力限制了晶格沿着平行于金刚石-TiC界面扩散。Huang等对比研究了激光钎焊、真空钎焊下Cu基钎料对金刚石的钎焊性能。实验表明:采用激 光钎焊时，由于钎焊时间短，磨粒的热损伤小，形成的不连续TiC层降低了由于晶格常数和热膨胀系数失配引起的应力集中;而在真空钎焊中，金刚石表面形成了连续的碳化物过渡层，但金刚石出现少许的石墨化。Zhu等选用Cu基钎料，利用DICTRA软件进行了钎焊过程的模拟仿真，预测了金刚石反应层TiC的生长模式，认为铜的富集和析出促成更稳定的组织界面，金刚石和铜之间的较小失配关系降低了钎焊应力。
张志伟等进一步研究了界面反应机理，分析了化合物的形成过程及润湿机制，认为新生化合物的桥梁过渡作用是实现牢固结合的主要原因。卢金斌等为了降低金刚石的热损伤和工具的制造成本，开发了一种适合金刚石钎焊用的混合金属粉Cu-Sn-Cr，实验前对粉末进行球磨处理，实验检测到钎焊界面处有碳化物生成，实现了对磨粒的高强度把持。Wang等研究了Ti 含量对CBN/Cu-Ni-Sn-Ti复合材料的显微组织和钎焊性能的影响，发现在一定范围内增加Ti的含量有助于反应层TiN、TiB2等化合物的生成，当Ti的质量分数为10%时表现出最佳性能，但随着Ti含量进一步增加钎焊强度下降。其后又利用混合回归的方法优化了活性钎料Cu-Ni-Sn-Ti的成分含量，研究发现各兀素对钎料的剪切强度和润湿性不同，随着Ti、Sn含量的增加，润湿性、接头强度提高，最终得出最佳配比。
Cu基钎料的钎焊工艺参数研究
Buhl等采用Cu-Sn-Ti-Zr钎料研究了不同钎焊参数对钎焊性能的影响，认为钎焊质量受Ti的热化学性能影响较大，同时指出钎焊界面化合物的组成和TiC层厚度受钎焊时间和温度的影响。Liu等采用Cu-Sn-Ti合金进行了超硬磨粒钎焊实验，并研究了不同钎焊时间和温度对钎焊界面的影响。研究发现:钎焊温度为925°C、保温时间为20 min时钎焊效果最佳，并通过钎焊接头强度、磨粒破碎率和脱落率等性能指标证明了工艺的可行性。伍俏平等采用Cu-Sn-Ti 钎料研究了不同钎焊气氛、钎焊时间对钎焊金刚石性能的影响，发现空气气氛下钎料粉末出现了一定的氧化，生成的氧化膜阻碍了界面反应的充分进行，而氩气和真空气氛下钎焊质量更佳，并获得最佳的钎焊温度和保温时间等工艺参数。
邓朝晖等对金刚石表面进行真空镀Ti预处理，在钢基体上进行钎焊金刚石实验，并考察了不同钎焊温度对Cu基钎料润湿性能的影响。实验发现：当温度低于880°C时，部分钎料粉末没有完全熔化，致密化程度受到限制，钎料对金刚石的润湿铺展也不充分;当钎焊温度为900~920°C时，钎料对金刚石的致密化程度高，钎料的润湿性能好;但随着温 度的进一步升高，金刚石出现不同程度的热损伤。 Chen等研究了镀Ti金刚石的钎焊微观形貌，通过工艺参数的进一步优化，实现了对磨粒的高强度把持。
Cu基钎料的元素改进研究
黄加林等采用Cu-Sn-Ti钎料中添加石墨的方法制备了自润滑钎焊CBN砂轮节块，在电子显微镜下观测到节块界面处分布着游离的层状结构石墨。石墨自润滑的作用减轻了高速磨削过程中砂轮的摩擦磨损程度，降低了工件表面的局部烧伤。张斌等同样在Cu基钎料中添加石墨制备了砂轮的复合节块，研究发 现复合块的抗弯强度随着石墨含量的增加逐渐下降， 当石墨质量分数为5%时，试样的抗弯强度达到最大， 但由于石墨和钎料之间线膨胀系数的差异，钎料与石 墨的结合界面产生了一定的热应力。
Khalid等在Cu-Sn-Ti钎料中加人Zr元素进行了真空钎焊金刚石 研究，Zr与Ti隶属同一主族元素，Zr元素的添加可提 高钎料的活性，使钎料元素之间的扩散和合金化程度 提高，有利于加速钎焊过程中Ti元素的扩散和界面反 应的充分进行。Pal等在Cu基钎料中加人TiH2颗 粒，实验发现TiH2的加人改善了钎料的润湿性，增强了 钎焊强度，指出活性颗粒的加人达到钎焊预处理的效 果，节约了生产成本。
Ni基钎料
Ni基钎料的熔点一般高于Ag基和Cu基钎料，可适应温度更高的工作环境。一般Ni基钎料含有Ti、Cr 等元素，Ni基钎料以其硬度高、耐磨性强等特性在金刚石、CBN磨具钎焊工艺中得到了应用。
Ni基钎料的钎焊性能研究
Hinterman等采用Ni-P合金进行了CBN磨粒钎焊实验，为增大钎焊强度，钎焊前镀上一层TiC膜以提高钎料的润湿性，但由于成本过高，高温钎焊对磨粒热损伤大，Ni-P钎料没得到广泛推广。Yang等采用Ni 基钎料对金刚石钎焊界面进行观测，发现活性元素Cr 优先聚集在磨料表面形成富Cr层，钢基体、Ni基钎料和磨粒三者之间的元素交叉扩散实现了界面的高强度连接，同时指出磨粒表面生成碳化物层不仅对熔融钎料有良好的润湿性，还降低了由于钎料层与磨粒膨胀系数不匹配产生的应力。杨志波等分析了Ni-Cr钎料与金刚石磨粒的物相组成和组织结构，指出生成的过渡化物层有助于降低焊接过程中的残余应力，改善接头强度。由于Ni基钎料的熔点相对较高，钎焊过程容易对金刚石造成热损伤，对此，相关学者展开了一系列研究。
卢金斌等采用拉曼光谱仪分析了磨粒表面的石墨化和残余应力，观测发现在金刚石表面有少量石墨生成，同时指出触媒元素Ni会促使金刚石的石墨化。Huang等研究了不同钎料合金对钎焊金刚石性能的影响，发现当用Ni-12Cr-4Fe-3Si-2.5B钎料时金刚石石墨化的速率比Cr的碳化物生成速率更快，导致钎料层结合强度下降。Chen等对比研究了Ni基钎料和Ag基钎料对金刚石磨粒钎焊性能的影响，发现Ni基钎料对金刚石热损伤的影响较大，易造成磨粒的抗压强度和抗冲击强度低于Ag基钎料。Li等研究Ni基钎料的微区形貌和润湿机理，并制备了单层有序化金刚石钎焊砂轮，提高磨削效率，减轻了磨削过程中的热损伤。
Ni基钎料的钎焊工艺参数研究
杨志波等采用Ni基钎料对金刚石磨粒进行了激光钎焊试验研究，为直观地了解不同激光钎焊参数对钎焊效果的影响，引人线能量(与激光功率、扫描速度和光斑直径有关)的概念。研究发现:当线能量密度r为25 J/mm3以下时，金刚石容易脱落；当r在25~30 J/ mm3时，Ni-Cr合金对金刚石磨粒表现出良好的浸润性；当r在30 J/mm3以上时，金刚石出现石墨化现象。徐正亚等采用Ni-Cr钎料研究金刚石感应钎焊工艺参数对钎焊质量的影响，并且优化了感应钎焊工艺。研究发现:在钎焊温度、保温时间、升降温速度、保护气氛等工艺参数中，钎焊温度和保温时间对钎焊性能的影响最大;实验结果与分析表明，钎焊温度为1 050 °C、保温时间为10 s是最佳的工艺参数。
郑炜等研究了不同钎焊温度下Ni-Cr合金对金刚石磨粒静压强度的影响，发现随着钎焊温度的提高，磨粒的静压强度出现不同程度的下降，在930、1030、1100°C的钎焊温度下金刚石的静压强度分别降低了62.10%、57.59%和60.20%。邵明嘉等利用ANSYS仿真软件对Ni基焊粉钎焊金刚石工具进行了温度场分布特性分析，指出钎焊金刚石工具工艺中不当的加热速率与保温时间会导致合金焊粉熔化不完全或者过度流淌，严重影响焊粉与金刚石界面发生的化学冶金结合及其对金刚石产生的包埋与爬升效果。
Ni基钎料的元素改进研究
卢金斌等通过在Ni-Cr合金中添加适量的石墨，以期阻止金刚石石墨化，降低金刚石焊后的热应力和过度反应。结果表明，添加1%(质量分数)石墨的钎料对金刚石润湿性较好，实现了金刚石的牢固连接并降低了热应力。孟普等为探究石墨含量对Ni基钎料的影响，对钎焊后金刚石的形貌和接头组织进行显微观察和分析，发现石墨的质量分数为5%时对金刚石的润湿性最好，实现了金刚石与基体的强力连接，金刚石的残余应力和石墨化得到改善。
孟普等又研究了镍基钎料中添加Ni/MoS2对钎焊金刚石性能的影响，发现Ni/MoS2颗粒对金刚石有良好的润湿性，降低钎焊应力，提高磨粒的出露高度，使钎焊层强度、硬度保持最佳状态。此外，通过合金粉末的添加也是改善钎料性能的途径之一。例如，在Ni基钎料中添加一定质量分数的Cu-P-Sn就能改善钎料的润湿性能，降低金刚石焊后的热损伤和残余应力。段端志等重点研究了添加合金粉末对Ni基钎料钎焊金刚石性能的影响，发现合金粉末的添加改善Ni基钎料的润湿性，降低Ni- Cr合金钎料对金刚石磨粒的热损伤，提高了钎料本身的力学、物理性能。
研究展望
目前，从超硬磨料钎焊用钎料的研究现状来看，主要集中在Ag基、Cu基和Ni基等3类钎料体系的研究上，已在冶金不相容、物性不匹配等难点问题的解决上取得了一系列科研成果，钎料的力学、物理性能及钎料与磨粒的固结强度基本可满足磨削要求。但对于传统的合金钎料，主要采用经验的方法获得成分含量，很难精准获取最佳成分配比以保证钎焊接头的服役可靠性;钎料的添加成分在钎焊过程中易出现闭聚、偏析等现象，影响了钎焊性能。此外，钎料层的均勻性和厚度很难在钎焊过程中得到有效控制，导致磨具的制造精度低。对此，笔者认为在超硬磨粒钎焊用钎料的研究方面有如下几点值得深人研究。
快速冷凝技术具有熔化区间窄、成分均勻、晶 粒细小等优势，可将其运用到钎焊用合金钎料的制备 过程中，以减少钎料合金的成分偏析和晶粒粗化，增强 钎料的流动性和力学性能。
深人研究Ti、Cr等活性元素在钎焊过程中的热 力学特性，分析钎焊过程中化合物的动力学生长规律， 开展钎料成分化学计量比的研究，防止过多脆性相组 织的生成，增强钎焊接头强度。
利用理论建模和数值模拟等手段，开展超硬磨 粒钎焊过程中碳化物的生成与分布、残余应力大小及 影响、热裂纹形成与扩展等方面的研究，优化钎料成分 和钎焊工艺以实现超硬磨粒的高强度把持和低损伤 钎焊。
研发污染小、经济成本低的超硬磨粒钎焊用钎 料成分体系，尽量减少Cr、Ag等重金属的使用，实现高 性能、绿色化超硬磨粒钎焊工艺。已成立行业交流群，勾搭小锐（小锐airuikefu）备注“切磨抛交流”，即可让小锐拉你入伙哦~
,
微信扫一扫