釬焊金剛石工具是將金剛石與基體材料通過(guò)釬料在一定條件下釬焊而成， 釬焊屬于固相連接，釬焊時(shí)母材不熔化，采用比母材熔化溫度低的釬料，加熱溫度采取低于母材固相線而高于釬料液相線的一種連接方法。當(dāng)被連接的零件和釬料加熱到釬料熔化，利用液態(tài)釬料在母材表面潤(rùn)濕、鋪展，在母材間隙中潤(rùn)濕，毛細(xì)流動(dòng)、填縫，與母材相互溶解和擴(kuò)散而實(shí)現(xiàn)零件間的連接。
根據(jù)使用釬料的液相線溫度不同，釬焊一般分為三種：
（1） 軟釬焊：釬料液相線溫度低于 450 ℃ ，通常使用釬劑。由于釬料熔點(diǎn)低，被釬焊件只需加熱到較低的溫度。軟釬焊接頭強(qiáng)度較低，尤其在較高溫度下下降更加明顯。
（2） 硬釬焊：釬料液相線溫度高于 450 ℃ ，一般使用釬劑。硬釬焊的接頭強(qiáng)度較高，有時(shí)可達(dá)到母材強(qiáng)度，因此可用于受力構(gòu)件。
（3） 高溫釬焊：釬料液相線溫度超過(guò) 900 ℃ 而又不使用釬劑的釬焊方法，如真空釬焊、氣體保護(hù)釬焊和真空高頻感應(yīng)釬焊。
高溫釬焊其原理是采用含有活性元素（如 Ti 、 Cr 、 W 等）的釬料或在金剛石表面鍍覆某些過(guò)渡元素（如 Ti、 Cr 、 W 等），在釬焊的過(guò)程中使活性元素與金剛石表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并形成一層碳化物，借助于這層碳化物的過(guò)渡作用，就可以使金剛石、胎體（釬料）、基體三者通過(guò)釬焊實(shí)現(xiàn)牢固的化學(xué)冶金結(jié)合。
本文介紹一種高溫 鎳 基 釬料，鎳鉻磷 釬料， 成分為Cr=13-15%，B=0.01%，Si=0.1%，F(xiàn)e=0.2%，C=0.08%，P=9.7-10.5%，Mn=0.04%，其他=0.5%，剩余為鎳粉 ， 使用的金剛石為無(wú)鍍覆金剛石， 粒度 為40/45目 ，此種釬料作為金剛石與基體結(jié)合劑可生產(chǎn)制作金剛石薄壁鉆頭及石材加工工具等。
影響釬焊金剛石工具釬焊強(qiáng)度的因素有很多，如加熱溫度，保溫時(shí)間，釬料種類(lèi)和金剛石種類(lèi) 等，釬焊強(qiáng)度的表征本實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)考察其中兩個(gè)影響釬焊金剛石工具強(qiáng)度的最主要因素：加熱溫度及保溫時(shí)間。實(shí)驗(yàn)設(shè)備為 臥室真空燒結(jié)爐，釬焊真空度為 10 -3 Pa ， 釬焊溫度范圍為880 ℃ —910 ℃，每10℃為一個(gè)保溫點(diǎn)，共4個(gè)保溫溫度點(diǎn)，保溫時(shí)間分別為30s、90s、150s和210s ， 實(shí)驗(yàn)安排及數(shù)據(jù)如下：
表1 圓形鋼件基體釬焊金剛石加熱溫度與保溫時(shí)間表
鎳基釬料釬焊金剛石工具的實(shí)驗(yàn)研究
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：
對(duì)以上數(shù)據(jù)下制作得到的釬焊工具進(jìn)行剪切力實(shí)驗(yàn)，通過(guò)破壞性剪切力實(shí)驗(yàn)得出最優(yōu)化加熱溫度與保溫時(shí)間。
本次試驗(yàn)利用拉伸壓縮機(jī)對(duì)釬焊后的試樣進(jìn)行測(cè)試 ， 拉伸壓縮機(jī)為 INSTRON 5569型 萬(wàn)能電子拉力試驗(yàn)機(jī)。 平衡載荷 10N 左右；壓縮夾具100KN。利用拉伸壓縮機(jī)對(duì)釬焊后的鋼棒試樣進(jìn)行壓縮試驗(yàn)，同時(shí)通過(guò)計(jì)算機(jī)中的BLUEHILL程序?qū)υ嚇拥募羟辛χ颠M(jìn)行記錄 ，通過(guò)對(duì)試樣剪切力的測(cè)試，得出各試樣剪切力值，剪切力試驗(yàn)是從每個(gè)試樣取 6 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行剪切力測(cè)試，將測(cè)試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，去除壞點(diǎn)，保留 4 個(gè)測(cè)試點(diǎn)的數(shù)據(jù)。每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的數(shù)據(jù)為該點(diǎn)的剪切力起始值和最大值，計(jì)算后求出剪切力起始值和最大值之間的差值。然后對(duì)試樣的剪切力進(jìn)行平均值計(jì)算。表 2 為各試樣的 剪切破壞臨界力值 。
表2 表1條件下試樣剪切破壞臨界力值
鎳基釬料釬焊金剛石工具的實(shí)驗(yàn)研究
分析：
有A組數(shù)據(jù) 880 ℃條件下數(shù)據(jù) 可以看出， 鎳鉻磷釬料 釬焊 金剛石試樣表面形成的顆粒棒狀碳化物由于釬焊溫度不高的原因，碳化物沒(méi)有充分長(zhǎng)大， 如圖1
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形成的碳化物層很均勻，對(duì)金剛石顆粒的包裹程度較高，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，釬料中的強(qiáng)碳化合物和金剛石表面碳元素反應(yīng)充分，部分顆粒棒狀碳化物開(kāi)始生長(zhǎng)，和未生長(zhǎng)的碳化物層形成了類(lèi)似階梯狀的結(jié)構(gòu)，所以使得釬料金屬對(duì)金剛石顆粒的把持力逐漸增大。
有B組 890 ℃條件下數(shù)據(jù)結(jié)合SEM圖片可以分析， 深度腐蝕后的金剛石顆粒晶形較為完整，顆粒表面完好，沒(méi)有明顯的侵蝕，且無(wú)由熱損傷引起的裂紋或缺陷。金剛石顆粒表面有一層碳化物，金剛石顆粒表面大部分面積被碳化物所覆蓋，對(duì)金剛石顆粒的包覆程度高。 圖2為890℃、保溫15 0 S金剛石顆粒表面SEM
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分析C組數(shù)據(jù)及SEM圖像 可以看出金剛石顆粒表面碳化物分為兩層。 如圖3所示：
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內(nèi)部一層成顆粒棒狀，顆粒表面很光滑，大小較為均勻，數(shù)量多，由于顆粒的長(zhǎng)大，這層碳化物間的縫隙已經(jīng)很難分辨，大部分顆粒已經(jīng)生長(zhǎng)到一起，內(nèi)層碳化物的整體表面較為平滑，這層碳化物分布在大部分金剛石顆粒表面。外部一層成板塊狀，表面光滑，形狀大小不一，數(shù)量少，排列松散、無(wú)規(guī)律、不致密 ，致使此溫度下金剛石顆粒剪切力整體不高 ；外層碳化物只有一小部分覆蓋在內(nèi)層碳化物上面。兩層碳化物間層次不是很清晰。
最后一組D組數(shù)據(jù)結(jié)合SEM分析 可以看出金剛石顆粒表面包覆物為一層， 如圖4：
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形狀成顆粒棒狀，顆粒表面較為光滑，大小均勻，數(shù)量多，排列緊湊致密，可以看出，碳化物顆粒生長(zhǎng)連成一片，上面存在不高的突起顆粒，使得碳化物的整體表面很平滑 ，但表面生成物不連續(xù)，有脫層現(xiàn)象，致使基體與顆粒間結(jié)合力整體較低 。
高溫釬焊的特點(diǎn)是不使用釬劑。通常在軟釬焊和硬釬焊時(shí)，為了去除母材和釬料表面上總存在的表面層（如氧化物、氮化物等），以及防止金屬表面在加熱時(shí)繼續(xù)氧化，一般均使用釬劑。但是大部分釬劑具有腐蝕性，容易使接頭的強(qiáng)度和抗腐蝕性下降。高溫釬焊不使用釬劑，為了防止金屬表面氧化和使釬料潤(rùn)濕母材，重要的一環(huán)是保證氣氛的純度。根據(jù)氣氛的不同，可分為還原氣體（ H 2 、 N 2 、 CO ）釬焊，惰性氣體（氬氣或氦氣）釬焊和真空釬焊。
真空釬焊是在真空氣氛中不用施加釬劑而連接零件的一種先進(jìn)工藝方法，可以釬焊那些用一般方法難以連接的材料和結(jié)構(gòu)，而得到光潔致密、具有優(yōu)良力學(xué)性能和抗腐蝕性能的釬焊接頭。目前，這種工藝不僅在航空、航天、原子能、電氣儀表等尖端工業(yè)中成為必不可少的生產(chǎn)手段，而且在石油、化工、汽車(chē)、工具等有關(guān)機(jī)械制造領(lǐng)域中得到了推廣和普及。真空爐中釬焊金剛石工具是目前應(yīng)用最廣的釬焊金剛石工具制作方法之一，它具有受熱均勻、釬焊效率高、真空低壓條件保護(hù)好、可實(shí)現(xiàn)金屬基體同步熱處理等優(yōu)點(diǎn)。 是一種有著廣泛用途及較好發(fā)展前景的釬焊工藝 。
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