銀基釬料含量對金剛石刀頭性能的影響

王艷芳+牛超

摘要： 利用試驗的方法測定不同含量的銀基釬料（FAgCuZnCdSn）在不同的燒結(jié)溫度下，對金剛石刀頭硬度、抗彎強(qiáng)度和刀頭微觀組織等性能的影響。結(jié)果表明：添加FAgCuZnCdSn可提高刀頭的硬度和抗彎強(qiáng)度，刀頭微觀金相組織也變得更加均勻。同時熱壓燒結(jié)溫度對刀頭性能也有很大的影響，提高燒結(jié)溫度可使刀頭的合金化程度提高，硬度和抗彎強(qiáng)度提高。綜合考慮，添加FAgCuZnCdSn為12%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），燒結(jié)溫度為780 ℃最佳。

關(guān)鍵詞： 銀基釬料 ；熱壓燒結(jié) ；性能

中圖分類號： TG425

Abstract： In this paper， the test method for determining the different levels of silverbased solder （FAgCuZnCdSn）， the different sintering temperature effected on the diamond blade hardness， bending strength and heads microstructure and other properties. The results showed that： adding FAgCuZnCdSn can increase the hardness and bending strength of the tip， the tip microscopic crystal phase structures had become more uniform. At the same time， pressing the sintering temperature also had a great impact on the head performance， increasing the sintering temperature can increase the degree of alloying tip， hardness and bending strength.Taken together， adding FAgCuZnCdSn mass fraction of 12%， the sintering temperature of 780 °C was best.

Key words： silverbased solder； pressing sintering； performance

0前言

釬焊作為現(xiàn)代焊接技術(shù)的三大主要組成部分之一，是現(xiàn)代工業(yè)中重要的制造技術(shù)。近幾年來，信息技術(shù)、航空航天技術(shù)以及家電工業(yè)的發(fā)展，釬焊技術(shù)起到越來越重要的作用[1]。材料進(jìn)行釬焊連接時，采用熔點(diǎn)比母材熔點(diǎn)低的填充材料（釬料），將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)但低于母材熔化的溫度（使母材仍保持為固態(tài)），利用液態(tài)釬料的潤濕作用填充間隙，與母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)與被焊工件連接。

金剛石刀頭的使用壽命很大程度上取決于金剛石和胎體材料的結(jié)合強(qiáng)度，而釬料可以用來提高其結(jié)合強(qiáng)度，進(jìn)而提高刀頭使用壽命。因此可以通過添加不同含量的粉狀釬料和燒結(jié)劑進(jìn)行熱壓燒結(jié)，測定燒結(jié)后的刀頭的力學(xué)性能，并從試驗結(jié)果中找出性能優(yōu)良的組合，以提高金剛石刀頭的性能。

1試驗方法

1.1試驗材料

選擇的粉狀釬料是FAg737，其成分是Ag、Cu、Zn、Cd、Sn元素，用震動篩篩分出80目、120目、200目、300目、400目的粉狀釬料并裝入試樣袋，試驗選用300目的釬料。

1.2試驗方法與過程

燒結(jié)溫度的選擇有700、740、780、820 ℃四種，保溫時間為3 min，燒結(jié)氣氛為真空燒結(jié)[2]。

熱壓燒結(jié)過程：

（1）取稱量好的粉狀釬料和燒結(jié)劑，裝入模具，一個模具內(nèi)裝入8～11g，并用夾具加緊。

（2）打開水循環(huán)系統(tǒng)，開啟壓縮機(jī)，再打開脈沖控制開關(guān)，然后打開主電源控制開關(guān)，設(shè)置參數(shù)（包括壓力，溫度）。

（3）粉末放在模具中預(yù)壓成形，然后放到真空室中，啟動液壓泵，壓制到位后關(guān)上真空室的門。

（4）啟動機(jī)械泵，然后再啟動上碟閥，待真空計上顯示真空度小于5 MPa時啟動程序。待程序結(jié)束真空室里面的溫度與室溫接近時關(guān)掉上碟閥，打開放氣閥，打開真空室門，將液壓泵指針返回，取出燒結(jié)試樣。如圖1所示。

圖1燒結(jié)模具及燒結(jié)試樣將燒結(jié)后的刀頭用由粗到細(xì)的砂紙進(jìn)行打磨，使刀頭表面平整光潔，進(jìn)行硬度、抗彎強(qiáng)度等力學(xué)性能測試，并記錄數(shù)據(jù)。

1.3刀頭金相組織觀察

刀頭性能測試完畢后，每組取出一個刀頭，利用金相鑲嵌機(jī)鑲嵌金相試樣，再利用砂帶機(jī)將需要磨金相的端面磨平整，然后用砂紙磨金相。磨完金相后，用拋光機(jī)拋光，然后在金相顯微鏡下觀察并拍照。

2結(jié)果與討論

2.1銀基釬料（FAgCuZnCdSn）含量對刀頭硬度和抗彎強(qiáng)度的影響

不同含量釬料的刀頭力學(xué)性能測試結(jié)果如表1所示， 將試驗數(shù)據(jù)用計算機(jī)擬合后，得到刀頭力學(xué)性能和FAgCuZnCdSn含量之間的關(guān)系曲線，如圖2，圖3所示。

由表1和圖2a所示，燒結(jié)劑本身的硬度為80 HRB。隨著FAgCuZnCdSn加入量的增多，粉末合金化程度逐漸提高，刀頭孔隙尺寸開始減小，刀頭硬度呈現(xiàn)上升趨勢。對同一種材料，孔隙率越低，硬度越高[3]。當(dāng)FAgCuZnCdSn含量為12%時，達(dá)到了刀頭的較好硬度要求，為88 HRB。FAgCuZnCdSn含量為16% 時，硬度為96HRB，但是過高的刀頭硬度，可能會影響刀頭切割時的鋒利度。

由表1和圖2b所示，未加入FAgCuZnCdSn的刀頭抗彎強(qiáng)度為600 MPa，隨著FAgCuZnCdSn含量的增加，刀頭的抗彎強(qiáng)度也明顯提高，最高可達(dá)700 MPa。當(dāng)FAgCuZnCdSn含量達(dá)到12%時，刀頭的抗彎強(qiáng)度達(dá)到最高，繼續(xù)增加FAgCuZnCdSn的含量，刀頭的抗彎強(qiáng)度會急劇下降。分析認(rèn)為FAgCuZnCdSn的增加可有效提高刀頭強(qiáng)度的原因是：試驗采用的FAgCuZnCdSn具有比燒結(jié)劑高的硬度，而硬度與材料的強(qiáng)度有一定的關(guān)系，適當(dāng)增加硬度會提高材料的強(qiáng)度。同時由于FAgCuZnCdSn孔隙率的減小使得孔隙率對材料基體的割裂作用降低，相應(yīng)的材料中的微觀缺陷也就越少，從而使得其抗彎強(qiáng)度提高。因此適當(dāng)添加FAgCuZnCdSn的刀頭具有較高的強(qiáng)度。但是FAgCuZnCdSn的含量增加過多時，刀頭硬度增加過大，這會使得刀頭的脆性增加，強(qiáng)度降低。

2.2FAgCuZnCdSn含量對刀頭顯微組織的影響

同一燒結(jié)溫度下添加不同含量FAgCuZnCdSn燒結(jié)刀頭微觀組織如圖3所示。

不同含量的刀頭金相組織加入FAgCuZnCdSn能使刀頭合金化，使得刀頭合金成分均勻化，碳化物偏析得到抑制，刀頭耐磨性增強(qiáng)[4]。從圖3可以看出，隨著FAgCuZnCdSn含量的增多，孔隙明顯減少，孔隙率逐漸降低，刀頭組織變得更加均勻。

2.3燒結(jié)溫度對刀頭硬度和抗彎強(qiáng)度的影響

由表2和圖4a可以看出，隨著燒結(jié)溫度的提高，刀頭的硬度逐漸增大。這是由于隨著燒結(jié)溫度的提高和保溫時間的延長，刀頭的孔隙減少，致密度得到提高。當(dāng)溫度升高到780 ℃時，硬度上升幅度平緩，主要因為晶粒逐漸長大，導(dǎo)致材料的固溶強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化效果不明顯。

將上面的數(shù)據(jù)用計算機(jī)擬合后，可得到刀頭硬度與燒結(jié)溫度的關(guān)系曲線，如圖4所示。

圖4燒結(jié)溫度與刀頭力學(xué)性能的關(guān)系由表2和圖4b可以看出，隨著燒結(jié)溫度的提高，抗彎強(qiáng)度總體上呈上升趨勢，但是當(dāng)溫度超過某一范圍后抗彎強(qiáng)度開始下降，這說明隨著擴(kuò)散的進(jìn)行，晶粒開始長大，導(dǎo)致致密度下降，抗彎性能隨之較低。

3結(jié)論

（1）添加FAgCuZnCdSn可明顯提高刀頭的硬度，并且隨著其含量的增加，硬度呈上升趨勢；但考慮到刀頭硬度過高會影響其切削時的鋒利度，因此以添加釬料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%時最佳。

（2）FAgCuZnCdSn對刀頭的抗彎強(qiáng)度有很大影響，隨著其含量的增加，刀頭抗彎強(qiáng)度明顯提高，但是當(dāng)釬料含量超過某一范圍時，刀頭抗彎強(qiáng)度又明顯下降，因此以添加釬料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%時最佳。

（3）隨著FAgCuZnCdSn含量的增加，刀頭孔隙率明顯減小，刀頭組織變得更加均勻。

（4）適當(dāng)提高燒結(jié)溫度，可以使刀頭的合金化程度提高，硬度和抗彎強(qiáng)度有所增加。但是燒結(jié)溫度過高會導(dǎo)致晶粒長大，對刀頭的性能不利。

參考文獻(xiàn)

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