一种稀土Nd掺杂的多元镍基合金钎料的制备方法及钎焊方法技术

本发明专利技术公开了一种稀土Nd掺杂的多元镍基合金钎料的制备方法及钎焊方法，该钎料的组分包括Cr 5～9wt.％、B 2％～4wt.％、Si 3％～5wt.％、Fe 2％～5wt.％、Nd 0～2wt.％、其余为Ni，在真空度为1

【技术实现步骤摘要】
一种稀土Nd掺杂的多元镍基合金钎料的制备方法及钎焊方法


[0001]本专利技术属于超硬磨料工具
，具体地说，本专利技术涉及一种稀土Nd掺杂的多元镍基合金钎料的制备方法及钎焊方法。

技术介绍

[0002]金刚石具有高硬度、高耐磨、化学性质稳定和良好的抗腐蚀性，被广泛用作磨粒而制备金刚石工具，在硬质合金、陶瓷、玻璃、宝石等高硬脆材料的磨削加工方面具有良好的加工优势和市场前景。与传统金刚石工具相比，钎焊金刚石工具具有切削效率高，容屑空间大，使用寿命长等诸多优点，常用于硬脆材料的加工。近年来关于钎料的设计与开发是该领域的热点，中国专利技术专利ZL201510565404.x公开了一种带保护膜的药芯钎焊条，该焊条提高了钎焊接头的质量，在一定程度上还有利于钎料的润湿铺展。另一个中国专利技术专利CN201811630760.5的公布了一种经过粗轧、中轧、精轧工序后片状钎料，采用该活性钎料钎焊石墨/45号钢接头剪切强度高达355MPa。目前常用的制备钎焊金刚石工具的钎料有Ag基、Cu基和Ni基钎料，Ag基活性钎料具有较低的熔点，能很好地润湿金刚石，但成本高。Cu基钎料润湿性较好，但强度和耐磨性较差。作为一种具有高硬度和良好的耐磨性的低成本钎料，Ni基钎料可实现重负荷、恶劣环境条件下作业，因此在市场上得到了广泛的应用。
[0003]但是，基于传统Ni基钎料的钎焊金刚石工具还存在以下问题：较高的钎焊温度会造成金刚石的石墨化、化学侵蚀、残余应力等热损伤；金刚石微粉磨粒出露高度低，容屑空间小；钎焊界面的残余应力大及综合力学性能低。另外，金刚石的破损及孔洞等缺陷削弱了金刚石的机械强度和基体对金刚石的把持力，造成金刚石的断裂和脱落，缩短了金刚石工具的使用寿命。
[0004]鉴于上述问题，急需研究和开发一种钎焊工艺性能优良及金刚石工具热损伤较低的低成本钎料。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种稀土Nd掺杂的多元镍基合金钎料的制备方法及钎焊方法，以解决上述
技术介绍
中存在的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种稀土Nd掺杂的多元镍基合金钎料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一：称重，使用高精度电子天平称取质量百分比分别为80.0％～83.0％的Ni，5.0％～9.0％的Cr，2.0％～4.0％的B，3.0％～5.0％的Si，2.0％～5.0％的Fe和0～2.0％的Nd；将称取后的纯金属在丙酮溶液中超声清洗10～20min，然后在酒精溶液中超声清洗5min，烘干；
[0008]步骤二：熔炼制备合金铸锭，将步骤一中的Nd粉放在压片机中压成圆柱块，将步骤一中得到的金属单质和圆柱块Nd置于真空电弧熔炼炉中，抽真空后通入Ar气，在真空电弧熔炼炉中电流为3A～5A的条件下反复熔炼4～5次，得到多元镍基合金铸锭，待冷却后从真
空电弧熔炼炉中取出，用砂纸打磨去除表面金属浮渣；
[0009]步骤三：制样钎料，将步骤二得到的多元镍基合金铸锭置于真空电弧熔炼炉中，在真空电弧熔炼炉中电流为4A～6A的条件下吸铸，获得厚度为100～300μm合金钎料，待冷却后从模具中取出。
[0010]优选的，所述步骤一中Ni、Cr、B、Si、Fe、Nd单质的纯度均为99.5％。
[0011]优选的，所述步骤二中压片机的压力为4～6MPa，时间为120s。
[0012]优选的，所述步骤二中真空电弧熔炼炉抽真空后，真空度要达到1
×
10
‑3Pa。
[0013]一种稀土Nd掺杂的多元镍基合金钎料的钎焊方法，包括以下步骤：
[0014]步骤S1：将钎料使用线切割机切割成长度为15mm的片状合金钎料；
[0015]步骤S2：选取45号钢块，砂纸打磨45号钢块的表面，特别钎焊面，以去除钢块表面的氧化层和杂质，将45号钢块和超硬磨料先后放在丙酮溶液和酒精溶液中进行超声清洗，烘干；
[0016]步骤S3：将步骤S1中得到的片状合金钎料铺在步骤S2中的钢块表面，超硬磨料铺在钎料层的上表面,层与层之间涂上载体，然后放入真空感应钎焊炉中进行钎焊，真空度保持在1
×
10
‑3～5
×
10
‑3Pa加热至1120～1140℃并保温8min，待冷却到室温将钎焊样品从钎焊炉中取出。
[0017]优选的，所述步骤S1中，45号钢块的尺寸为15mm
×
10mm
×
6mm，片状合金钎料的尺寸为15mm
×
6mm。
[0018]优选的，所述步骤S2中，45号钢块和超硬磨料在丙酮溶液中超声清洗的时间为15min，在酒精溶液中超声清洗的时间为5min。
[0019]优选的，所述步骤S3中，真空感应钎焊炉的加热方式为感应加热，升温速率为20℃/min，冷却速率10℃/min。
[0020]采用以上技术方案的有益效果是：
[0021]1、本专利技术的稀土Nd掺杂钎料的有益效果：细化了钎料的晶粒，提高了共晶组织所占比例，提高了钎料的力学性能；缩小了钎料的熔化温度区间范围，使钎料的相熔化次数由三次变为两次。
[0022]2、本专利技术的稀土Nd掺杂对于钎焊接头的有益效果：稀土Nd的加入，促进了界面化学冶金反应，促进了Cr7C3的生成，提高了基体对金刚石的把持强度，降低了钎焊接头处的热应力，在接头处形成了连续均匀细小的组织。
[0023]3、本专利技术的稀土Nd掺杂对于金刚石磨粒的有益效果：Nd的加入，降低了金刚石的石墨化，提高了金刚石的出露度，提高了金刚石式样的磨削性能。同时，Nd原子能与Ni原子反应生成NdNi4B，消耗了一些镍原子，削弱了触媒元素Ni对金刚石石墨化的催化作用。
附图说明
[0024]图1是不同稀土多元镍基合金钎料显微组织形貌图；
[0025]图2是不同稀土多元镍基合金钎料的显微硬度图；
[0026]图3是实施例1和对比例1中钎料钎焊金刚石的微观形貌图；
[0027]图4是实施例1和对比例1得到的钎焊金刚石的扫描电镜微观形貌图，其中(a)为不含Nd元素的钎料钎焊金刚石，(b)为含1.0wt.％Nd元素的钎料钎焊金刚石；
[0028]图5是不同稀土多元镍基合金钎料钎焊接头的摩擦磨损试验结果；
具体实施方式
[0029]下面对照附图，通过对实施例的描述，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本专利技术的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。
[0030]如图1至图5所示，本专利技术是一种稀土Nd掺杂的多元镍基合金钎料的制备方法及钎焊方法，该钎料的组分包括Cr 5～9wt.％、B 2％～4wt.％、Si 3％～5wt.％、Fe 2％～5wt.％、Nd 0～2wt.％、其余为Ni，在真空度为1
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‑3Pa下高频感应加热获得钎焊金刚石，保温时间8min，结果表明金刚石表面的热蚀坑面积本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稀土Nd掺杂的多元镍基合金钎料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：称重，使用高精度电子天平称取质量百分比分别为80.0％～83.0％的Ni，5.0％～9.0％的Cr，2.0％～4.0％的B，3.0％～5.0％的Si，2.0％～5.0％的Fe和0～2.0％的Nd；将称取后的纯金属在丙酮溶液中超声清洗10～20min，然后在酒精溶液中超声清洗5min，烘干；步骤二：熔炼制备合金铸锭，将步骤一中的Nd粉放在压片机中压成圆柱块，将步骤一中得到的金属单质和圆柱块Nd置于真空电弧熔炼炉中，抽真空后通入Ar气，在真空电弧熔炼炉中电流为3A～5A的条件下反复熔炼4～5次，得到多元镍基合金铸锭，待冷却后从真空电弧熔炼炉中取出，用砂纸打磨去除表面金属浮渣；步骤三：制样钎料，将步骤二得到的多元镍基合金铸锭置于真空电弧熔炼炉中，在真空电弧熔炼炉中电流为4A～6A的条件下吸铸，获得厚度为100～300μm合金钎料，待冷却后从模具中取出。2.根据权利要求1所述的一种稀土Nd掺杂的多元镍基合金钎料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中Ni、Cr、B、Si、Fe、Nd单质的纯度均为99.5％。3.根据权利要求1所述的一种稀土Nd掺杂的多元镍基合金钎料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中压片机的压力为4～6MPa，时间为120s。4.根据权利要求1所述的一种稀土Nd掺杂的多元镍基合金钎料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中真空电弧熔炼炉抽真空后，真空度要达到1
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‑3Pa。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐东，王朋波，熊海琴，张晖，左如忠，张雷，程战，纠永涛，秦建，
申请(专利权)人：安徽工业大学中机智能装备创新研究院宁波有限公司，
类型：发明
国别省市：