釬焊工藝對釬焊金剛石界面組織和性能的影響

摘要 采用WC/Cu-Sn-Ti釬料對金剛石進(jìn)行真空釬焊，借助掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀、能譜儀以及磨削試驗(yàn)等手段，研究釬焊溫度和保溫時(shí)間對釬焊金剛石形貌、界面組織和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：金剛石顆粒與WC/Cu-Sn-Ti復(fù)合釬焊界面形成的化合物層均勻連續(xù)且致密，且在金剛石顆粒表面形成了薄而連續(xù)的層片狀TiC和少量W2C相，提高了金剛石與鋼基體的結(jié)合強(qiáng)度；隨著釬焊溫度升高及保溫時(shí)間延長，釬焊界面缺陷逐漸減少，金剛石石墨化程度升高；在釬焊溫度為980℃、保溫時(shí)間為15 min的條件下，金剛石顆粒在磨削過程中的摩擦力和摩擦系數(shù)相對較小，對大理石工件的磨削體積最大，且金剛石顆粒的脫落率最低。

關(guān)鍵詞 Cu-Sn-Ti釬料；釬焊工藝；力學(xué)性能；金剛石磨具

中圖分類號 TQ164; TG74 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

文章編號 1006-852X（2025）01-0056-11

正四面體金剛石晶體中的每1個(gè)碳原子都以sp3雜化形式與另外4個(gè)碳原子形成很強(qiáng)的C―C共價(jià)鍵，是目前世界上公認(rèn)最硬的物質(zhì)之一[1-2]。金剛石在工業(yè)上被廣泛應(yīng)用于磨削加工玻璃、陶瓷等硬脆材料，常用的金剛石工具有各種刀具、鉆頭、砂輪和鋸片等。目前，金剛石工具的制作方法主要有電鍍[3]、燒結(jié)[4]和釬焊[5]等，相比于前2種機(jī)械結(jié)合的方法，釬焊法具有接頭結(jié)合強(qiáng)度高、磨具鋒利度好、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用來制作單層金剛石工具[6]。

在工業(yè)上釬焊法常用的釬料有Ag基釬料、Cu基釬料、Ni基釬料3類，其中：潤濕性優(yōu)良的Ag基釬料由于成本高在應(yīng)用上受到限制；Ni基釬料具有較高的熔化溫度，導(dǎo)致釬焊后金剛石磨具的熱應(yīng)力很大且金剛石熱損傷嚴(yán)重；Cu基釬料由于成本低、潤濕性好、熔化溫度適中等優(yōu)點(diǎn)越來越受到人們的歡迎。然而，銅基釬料在高溫時(shí)存在低溫相流淌、結(jié)合強(qiáng)度較低等問題[7]，研究人員常在釬料中加入一些增強(qiáng)相（如碳纖維[8]、各種金屬元素[9]、鎳鉻合金[10]、各種微米級碳化物[11]和石墨烯[12]等），以提高釬料的整體性能。

在前期研究中發(fā)現(xiàn)，在Cu基釬料中加入WC增強(qiáng)相，可提高釬料的硬度以及降低液態(tài)釬料的流淌性，且在WC添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時(shí)獲得了性能優(yōu)良的金剛石磨具[13]。相對于釬料成分而言，加入增強(qiáng)相對于接頭組織力學(xué)性能的影響不可忽視，且加入的WC和W2C會在不同溫度下相互轉(zhuǎn)化[14]以及WC與Ti反應(yīng)[15]會影響接頭處的組織及分布。但是，對于釬焊工藝對WC增強(qiáng)相的添加造成的組織與力學(xué)性能的變化研究較少。因此，設(shè)計(jì)不同的釬焊溫度和保溫時(shí)間，采用WC/Cu-Sn-Ti復(fù)合釬料來進(jìn)行真空感應(yīng)釬焊，研究接頭的組織和力學(xué)性能變化規(guī)律，以期改善釬焊工藝，提升金剛石工具的性能。

1試驗(yàn)材料及方法

采用黃河旋風(fēng)股份有限公司生產(chǎn)的HWD40型人造金剛石，其粒度標(biāo)記為35/40。45#鋼基體，其規(guī)格是長為15.70 mm、寬為6.40 mm、高為8.64 mm。試驗(yàn)釬料采用山東煙臺固光釬料公司生產(chǎn)的純度為99.5%的Cu-Sn-Ti釬料，其基本顆粒尺寸為100μm，Cu-Sn-Ti釬料中的元素質(zhì)量配比是m（Cu）∶m（Sn）∶m（Ti）=70∶20∶10。采用中冶鑫盾生產(chǎn)的純度為99.8%的WC粉末，WC粉末基本顆粒尺寸約為100μm。在Cu-Sn-Ti釬料中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的WC粉末來配制WC/Cu-Sn-Ti復(fù)合釬料。

釬焊試樣制作過程為：（1）試驗(yàn)前對金剛石和鋼基體進(jìn)行超聲波清洗并在烘箱中烘干。（2）釬料按比例稱重混合，再將釬料放入丙酮溶液中，在超聲波清洗機(jī)中振蕩30 min，同時(shí)順時(shí)針不停攪拌以混合均勻，完成后放入烘干箱中烘干。重復(fù)此過程，使釬料充分混合均勻。（3）將混合好的釬料按照約100μm厚度平鋪在鋼基體上，將10顆金剛石分為2列，均勻放在釬料表面，再放入RYL-25-19型真空熱壓爐進(jìn)行釬焊。釬焊時(shí)真空度為1×10?3 Pa，釬焊溫度分別設(shè)置為950、980、1 010、1 040和1 070℃，保溫時(shí)間分別設(shè)置為10、15、20和25 min，釬焊后試樣隨爐冷卻至100℃，后取出自然冷卻。圖1是制作完成的釬焊試樣結(jié)構(gòu)示意圖，其單層金剛石均勻排布在釬料表面。

對釬焊后的試樣進(jìn)行清洗、烘干，采用線切割取樣并制備金相試樣。采用JSM6510掃描電鏡（SEM）觀察釬焊后金剛石形貌及釬焊結(jié)合界面的顯微組織，并結(jié)合自帶能譜儀（EDS）進(jìn)行成分測定；采用Max型X射線衍射儀對釬焊結(jié)合界面的物相進(jìn)行分析。

在MFT-3000多功能摩擦磨損測試儀上測試釬焊金剛石試樣的摩擦系數(shù)和摩擦力，用其表示金剛石磨削性能。測試試樣長為15.70 mm、寬為6.40 mm、高為8.65 mm，且將試樣和直徑為40 mm、厚度為20 mm的大理石工件分別固定在如圖2所示的高精度摩擦磨損測試儀銷釘和圓盤上。試驗(yàn)時(shí)工件的轉(zhuǎn)速為50 r/min，施加載荷為100 N，磨削時(shí)間為2 min。用MFT-3000信號采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄摩擦系數(shù)信號，用LQ-C1003精密電子天平稱量大理石的磨損質(zhì)量。用JSM6510掃描電鏡觀察金剛石磨粒的磨損形貌。

2結(jié)果及討論

2.1釬焊金剛石界面的形貌及元素?cái)U(kuò)散

圖3為在釬焊溫度為980℃和保溫時(shí)間為15 min條件下，釬焊金剛石界面形貌及其界面處的元素掃描結(jié)果。由圖3b可以看出：C峰在界面附近40μm處強(qiáng)度急劇下降，Cu、Sn和Ti峰強(qiáng)度卻較高；而W元素的強(qiáng)度除在40μm處較高外，還在57μm處較高，說明W元素在這兩處都出現(xiàn)了偏聚，可能出現(xiàn)了Cu、Sn或Ti的金屬間化合物以及W和Ti的碳化物，這與文獻(xiàn)[16]的研究結(jié)果類似。

為更準(zhǔn)確反映界面處元素的分布情況，對金剛石界面進(jìn)行了面掃描，不同元素的映射關(guān)系結(jié)果見圖3c～圖3g。結(jié)合圖3b和3g可知：W元素在釬焊金剛石界面附近富集，考慮是WC發(fā)生了元素?cái)U(kuò)散。

為確定在釬焊溫度為980℃和保溫時(shí)間為15 min條件下的釬焊金剛石表面及其附近物相，對釬焊金剛石界面及其附近區(qū)域進(jìn)行XRD測試，結(jié)果見圖4。從圖4可知：（Cu，Ti）x和Cu5.6Sn是釬料在釬焊過程中元素間相互作用形成的金屬間化合物，且發(fā)現(xiàn)接頭處有TiC和W2C 2種新的碳化物。TiC和W2C的生成反應(yīng)式見式（1）、式（2），由此可以確定圖3b中箭頭所指的第1處為釬料中未溶解的WC，第2、第3處是反應(yīng)生成的W2C。在金剛石界面上反應(yīng)生成TiC和W2C，可以改善金剛石與釬料之間的潤濕性，提高釬料對金剛石的把持力。

Ti+C=====TiC（1）

2WC+Ti=====TiC+W2 C（2）

為進(jìn)一步研究釬焊溫度為980℃、保溫時(shí)間為15 min條件下釬焊金剛石表面的生成物，使用王水對釬焊后的金剛石進(jìn)行刻蝕，去除釬焊金剛石表面的釬焊金屬，并對刻蝕后的釬焊金剛石表面進(jìn)行高倍SEM表征，結(jié)果如圖5所示。從圖5a可以看出：金剛石的切削刃保存完整，其表面附著薄層生成物。圖5b是圖5a中方框微區(qū)的高倍SEM形貌，可以看出釬焊金剛石表面的生成物為致密連續(xù)分布的化合物。對圖5b中的選點(diǎn)（紅色+號）進(jìn)行EDS分析，結(jié)果見圖5c。由圖5c可以看出：表面化合物主要由C元素（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50.74%）和Ti元素（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為44.68%）組成，再結(jié)合圖4中的XRD結(jié)果，可以確定其為TiC，證明活性元素Ti與金剛石表面的C元素發(fā)生了冶金反應(yīng)。生成的TiC層改善了金剛石和Cu基釬料之間的潤濕性，還可改善兩者間存在的較大的物理、化學(xué)性能差異現(xiàn)象，對彼此間結(jié)合界面產(chǎn)生的殘余應(yīng)力釋放起到積極作用。

2.2釬焊工藝對釬焊金剛石表面形貌的影響

圖6為保溫時(shí)間為15 min時(shí)不同釬焊溫度下的釬焊金剛石表面宏觀形貌。由圖6可以看出：950℃下的金剛石表面切削刃完整，未完全擴(kuò)散的釬料浸潤金剛石的部分很小，且釬焊結(jié)合處的裂紋和孔洞等缺陷明顯，其在金剛石磨具服役過程中會生長變大甚至可能導(dǎo)致金剛石磨具失效；隨著釬焊溫度升高，980和1 010℃下的金剛石表面切削刃依然完整，但釬料擴(kuò)散較為完全，釬焊結(jié)合處的缺陷數(shù)目明顯減小。且980℃下金剛石的出露高度更高，釬焊結(jié)合處的形貌更好；然而，隨著釬焊溫度進(jìn)一步升高，1 040和1 070℃下的金剛石表面石墨化較嚴(yán)重，而且釬料包裹金剛石較為嚴(yán)重，破壞了金剛石表面的切削刃，進(jìn)而會影響金剛石的磨削性能。因此，980℃下釬焊金剛石的工藝最佳。

圖7是釬焊溫度為980℃時(shí)不同保溫時(shí)間下的金剛石釬焊后的表面形貌。從圖7中可以清楚看到：金剛石的出露高度隨著保溫時(shí)間的延長逐漸降低，過長或過短的保溫時(shí)間都不利于形成一個(gè)良好的結(jié)合界面。保溫時(shí)間過短，界面反應(yīng)不充分，釬料爬升不明顯，金剛石與基體的結(jié)合強(qiáng)度不高；保溫時(shí)間過長，金剛石表面嚴(yán)重的石墨化和金剛石切削刃被釬料所覆蓋將導(dǎo)致金剛石磨具失去切削刃。在15 min保溫時(shí)間下，釬料浸潤金剛石的出露高度約占金剛石顆粒尺寸的1/2，相比其他溫度下的釬焊金剛石顆粒出露高度，其釬焊金剛石磨粒的形貌最優(yōu)。

2.3釬焊溫度對金剛石磨削性能的影響

釬焊工藝中釬焊溫度越高，釬料中元素的活性越大，冶金反應(yīng)越充分，越有利于形成力學(xué)性能可靠的界面結(jié)合組織；然而過高的釬焊溫度，使得金剛石的石墨化傾向嚴(yán)重，勢必會造成金剛石在磨具中的服役性能降低。

為了探究釬焊溫度對金剛石石墨化程度的影響，在950、1 010和1 070℃溫度下保溫15 min釬焊金剛石，金剛石的拉曼光譜如圖8所示。從圖8中可以明顯看出：隨著釬焊溫度升高，位于3 135 cm?1附近的石墨峰強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，說明金剛石的石墨化程度逐漸加深。

從熱力學(xué)角度分析，金剛石石墨化的吉布斯自由能ΔGT（Θ）與溫度T的關(guān)系如式（3）所示。式（3）中的溫度越高，金剛石轉(zhuǎn)化為石墨的吉布斯自由能越低，即石墨化越容易，這與圖8的拉曼光譜結(jié)果相對應(yīng)。

ΔGT（Θ）lt;－1 100－4.64T（3）

在保證所有試驗(yàn)結(jié)果在同樣環(huán)境條件下進(jìn)行分析測試的基礎(chǔ)上，定義金剛石的石墨化程度φ[17]：

Ψ=S D（S G）（4）

式中：φ為金剛石的石墨化程度，SG為石墨拉曼峰的面積，SD為金剛石拉曼峰的面積。

圖9展示了試樣在950、1 010、1 070℃溫度下保溫15 min的石墨化程度，通過微積分計(jì)算石墨峰以及金剛石峰的峰面積。從圖9中得出：隨著溫度升高，金剛石的石墨化程度逐漸增加；當(dāng)溫度從950℃升高到1 070℃時(shí)，溫度升高13%，石墨化程度增加90%。

分別對保溫時(shí)間為15 min時(shí)不同釬焊溫度下的試樣進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)，圖10為金剛石的摩擦力和摩擦系數(shù)隨磨削時(shí)間的變化曲線。從圖10中可以發(fā)現(xiàn)：磨削初期的摩擦力和摩擦系數(shù)急劇上升，這主要是因?yàn)樵谀ハ鞒跗?，金剛石磨粒壓入工件材料表面，工件材料原本光滑的表面開始變得粗糙，使金剛石磨粒的磨削力和摩擦系數(shù)急劇增加；隨著磨削試驗(yàn)的進(jìn)行，金剛石與工件材料表面接觸良好，形成了穩(wěn)定的摩擦作用，摩擦力和摩擦系數(shù)逐漸趨于穩(wěn)定。另外，研究發(fā)現(xiàn)[18]：金剛石磨粒在同等工況下的磨削力越小，則其在磨削過程中的損耗越小。

從圖10中還可以看出：當(dāng)釬焊溫度為950和980℃時(shí)，金剛石的整體磨削力和摩擦系數(shù)較低。結(jié)合圖6的金剛石SEM形貌分析，這是由于金剛石的出露高度較大，切削面積增加使摩擦力降低。但當(dāng)釬焊溫度為950℃時(shí)，金剛石磨粒的切削刃保存完整（圖6），但磨削力在120 s后陡升，這一現(xiàn)象可能是金剛石磨粒與釬料合金連接處的缺陷導(dǎo)致的。在釬焊過程中，由于金剛石與釬料合金連接處焊接不牢固，在界面或者近界面處可能存在微小間隙等缺陷。這些缺陷會導(dǎo)致金剛石在磨削過程中易于脫落，在磨損過程中試樣進(jìn)入三體磨損階段引發(fā)磨損加速，導(dǎo)致在磨損120 s后發(fā)生磨削力陡升的現(xiàn)象。當(dāng)釬焊溫度為980℃時(shí)，由于溫度升高，金剛石與釬料合金中的活性元素Ti反應(yīng)生成Ti-C層，提高了金剛石與釬料合金的結(jié)合強(qiáng)度。當(dāng)釬焊溫度為1 010℃時(shí)，金剛石石墨化程度提高，部分金剛石在磨削過程中發(fā)生大面積破碎導(dǎo)致金剛石切削高度不一，部分完整的金剛石參與磨削而使金剛石的摩擦力增加。當(dāng)釬焊溫度為1 040℃時(shí)，在前60 s金剛石還能保持較低的摩擦力，但其后摩擦力急劇上升。這主要是由于前60 s金剛石表層石墨化后又出現(xiàn)了新的切削刃，其與工件材料間形成了穩(wěn)定的摩擦作用，降低了金剛石與工件材料間的摩擦作用力；但其后由于釬焊溫度較高，金剛石與釬料中的活性元素Ti反應(yīng)激烈致使界面Ti-C層厚度增加，造成界面處應(yīng)力集中，且部分金剛石脫落使得摩擦力增加。當(dāng)釬焊溫度為1 070℃時(shí)，釬焊溫度升高使金剛石石墨化嚴(yán)重，且金剛石與釬料中活性元素的反應(yīng)更激烈，界面Ti-C層厚度進(jìn)一步增加，致使金剛石在壓應(yīng)力和剪切應(yīng)力作用下更易破裂和脫落，導(dǎo)致金剛石的摩擦力增加、磨損率高、耐磨性變差。

圖11為不同釬焊溫度下保溫15 min時(shí)金剛石的磨損形貌。圖12為不同釬焊溫度下保溫15 min時(shí)釬焊金剛石試樣的金剛石脫落率統(tǒng)計(jì)，其表示金剛石脫落的顆數(shù)與金剛石總顆數(shù)的百分比。如圖11、圖12所示：當(dāng)釬焊溫度為950℃時(shí)，金剛石的主要磨損形態(tài)是脫落（圖11d），其脫落率最高為20%。這可能是因?yàn)殁F焊溫度較低，金剛石的過度暴露導(dǎo)致其與釬料在界面處的結(jié)合狀態(tài)較弱，對金剛石的把持力不足，從而在摩擦磨損試驗(yàn)中易于脫落。此外，釬焊時(shí)間不夠也可能是其中一個(gè)原因。當(dāng)釬焊溫度提升至980℃時(shí)，金剛石的主要磨損形態(tài)是平整和微破損（圖11a、圖11b），金剛石的脫落率為0。此時(shí)釬料合金與金剛石的結(jié)合力較950℃時(shí)的有所增強(qiáng)，且達(dá)到理想狀態(tài)。當(dāng)釬焊溫度為1 010℃時(shí)，金剛石在釬焊過程中可能發(fā)生石墨化，但此時(shí)的金剛石磨損情況與980℃時(shí)的基本類似，金剛石的少量石墨化對其性能影響不大。當(dāng)釬焊溫度升至1 040和1 070℃時(shí)，金剛石的磨損形態(tài)主要是大面積破損和脫落（圖11c、圖11d），金剛石的脫落率為10%。通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，金剛石易在應(yīng)力集中的區(qū)域直接斷裂，殘余的小部分金剛石與釬料結(jié)合，這與金剛石在高溫下產(chǎn)生石墨化有很大關(guān)系。

2.4保溫時(shí)間對金剛石磨削性能的影響

釬焊工藝中保溫時(shí)間越長，界面元素?cái)U(kuò)散的時(shí)間就較長，釬料對于金剛石的浸潤更徹底；但如果釬焊保溫時(shí)間過長，便有金剛石產(chǎn)生熱損傷的可能性。為了探究最佳的保溫時(shí)間，在最佳釬焊溫度為980℃的基礎(chǔ)上對不同保溫時(shí)間下的試樣進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)，其摩擦系數(shù)和金剛石脫落數(shù)如圖13所示。圖13中：不同保溫時(shí)間下金剛石磨粒的摩擦系數(shù)變化較大，但金剛石的脫落數(shù)變化并不明顯，說明保溫時(shí)間對金剛石力學(xué)性能的影響不大。相反，根據(jù)2.3節(jié)中的結(jié)果，溫度對金剛石力學(xué)性能的影響較大，在實(shí)驗(yàn)中優(yōu)先考慮釬焊溫度的影響是合理的。

從圖13中可直觀看出：保溫時(shí)間為10和15 min時(shí)，磨削中金剛石脫落的顆粒數(shù)均為最小值0，但保溫時(shí)間為15 min時(shí)，金剛石磨粒的摩擦系數(shù)相對最小，因此保溫時(shí)間為15 min時(shí)的金剛石力學(xué)性能更優(yōu)。當(dāng)保溫時(shí)間延長時(shí)，金剛石脫落數(shù)增加，結(jié)合圖7的形貌圖分析，過長的保溫時(shí)間會使金剛石的出露高度進(jìn)一步降低，同時(shí)金剛石表面的切削刃被釬料大量覆蓋，這不利于金剛石磨粒參與磨削。綜合來看，在保溫時(shí)間為15 min時(shí)，金剛石的力學(xué)性能最佳。

大理石工件被磨削的體積可以進(jìn)一步反映金剛石磨粒的磨削性能。對不同保溫時(shí)間下釬焊的金剛石試樣，計(jì)算其在磨削中磨掉的大理石體積。假設(shè)大理石表面完全光滑，圖14為金剛石試樣磨削大理石的磨削過程示意圖。如圖14所示：A為金剛石試樣磨削大理石的深度，H為金剛石磨粒出露高度，D和H1分別為金剛石磨削之后大理石磨損坑的直徑和高度，L為大理石與鋼基體之間的距離。根據(jù)式（5）計(jì)算大理石的磨削體積Vc：

Vc=π+（5）

假設(shè)磨損坑為規(guī)則的圓弧，其圓心位于L之間，則可得到D與H1以及L之間的關(guān)系式：

D=2√H12+H1L（6）

而L與H1以及金剛石試樣磨削大理石的深度A之間的關(guān)系式為：

L=H1-A（7）

聯(lián)立式（5）～式（7）得到：

圖15為釬焊溫度為980℃時(shí)不同保溫時(shí)間下釬焊金剛石試樣磨削大理石的體積。如圖15所示：在10、15、20和25 min的保溫時(shí)間下，保溫時(shí)間為15 min時(shí)的金剛石試樣磨削大理石的體積最大，從側(cè)面進(jìn)一步證明了此時(shí)金剛石試樣的磨削性能最優(yōu)。

3結(jié)論

（1）金剛石顆粒與WC/Cu-Sn-Ti復(fù)合釬焊界面形成的化合物層均勻連續(xù)且致密，在金剛石顆粒表面形成了薄而連續(xù)的層片狀TiC和少量W2C相，提高了金剛石與鋼基體的結(jié)合強(qiáng)度。

（2）釬焊溫度和保溫時(shí)間對于釬焊后金剛石形貌有很大影響。隨著釬焊溫度升高，釬料沿金剛石表面爬升高度增加且金剛石石墨化加重，但界面缺陷逐漸減小。保溫時(shí)間過短，界面反應(yīng)不充分，釬料爬升不明顯，金剛石與基體的結(jié)合強(qiáng)度不高；保溫時(shí)間過長，金剛石表面石墨化嚴(yán)重，且其切削刃被釬料所覆蓋，將導(dǎo)致金剛石磨具失去切削能力。

（3）在釬焊溫度為980℃和保溫時(shí)間為15 min的條件下，金剛石顆粒在磨削過程中的摩擦力和摩擦系數(shù)相對較小，對大理石工件的磨削體積最大，且金剛石顆粒的脫落率最低。

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作者簡介

通信作者：杜全斌，男，1983年生，博士、副教授。主要研究方向：先進(jìn)焊接材料與裝備超硬工具制備技術(shù)與裝備、金剛石熱界面材料開發(fā)、激光增材表面修復(fù)再制造。E-mail：paperduqb@126.com

（編輯：周萬里）

Effect of brazing process on microstructure and properties of brazed"diamond interface

CUI Bing1，JIANG Xue1，DU Quanbin2，XU Fan1，YAN Peipei1，WANG Lei2，ZHANG Liyan2

（1.Key Laboratory of Green Manufacturing and Surface Technology of Advanced Metal Materials，Ministry of Education，School of Materials Science and Engineering，Anhui University of Technology，"Maanshan 243002，Anhui，China）

（2.Henan Key Laboratory of Intelligent Manufacturing Equipment Integration for Superhard Materials，Henan Mechanical and Electrical Vocational College，Xinzheng 451191，Henan，China）

Abstract Objectives：Diamond tools are widely used in various fields.Copper-based brazing materials are used for brazing diamond tools.In response to the problems of low-temperature phase flow and low bonding strength of copper-based brazing materials at high temperatures，different brazing temperatures and brazing times are designed，and the WC/Cu-Sn-Ti composite brazing material is used for vacuum induction brazing to study the changes in microstructure and mechanical properties of brazed joints.Methods：The brazing samples were made of HWD40 diamond with a particle size code of 35/40，a 45 steel matrix，and WC/Cu-Sn-Ti composite brazing filler metal.The vacuum degree was 1×10?3 Pa，the brazing temperature were 950，980，1 010，1 040 and 1 070℃，and the brazing time was 10，15，20 and 25 min，respectively.The SEM observation and XRD phase analysis were carried out on different samples after brazing.At the same time，friction and wear tests were carried out on brazing samples at different temperatures and different holding times to obtain the grinding amount and diamond drop rate of the samples，so as to analyze the mechanical prop-erties of the joint structures.Results：（1）Under the conditions of a brazing temperature of 980℃and a holding time of 15 min，the line scan analysis is conducted on the elements at the brazed diamond interface.It is found that the W ele-ment is enriched near the brazed diamond interface，possibly due to the diffusion of elements in WC.The XRD phase analysis showes the formation of TiC and W2C compounds at the diamond interface，which can improve the wettability between the diamond and brazing material，and enhance the adhesion of the brazing material to the diamond.In order to further determine the formation of TiC，the sample is subjected to aqua regia etching，and the surface of the diamond particle is analyzed by SEM and EDS to determine that the TiC is formed by the metallurgical reaction between the act-ive element Ti and the C element on the diamond surface.（2）To investigate the effect of the brazing process on the sur-face morphology of brazed diamond，the morphology of the diamond surface is analyzed at different brazing temperat-ures with a holding time of 15 minutes.It is found that the diamond surface has obvious pores and cracks at a brazing temperature of 950℃.When the brazing temperature is raised to 980℃，the cutting edge of the diamond remaines in-tact，and the diamond is exposed the most.As the brazing temperature continues to rise，the diamond graphitization phe-nomenon in the brazed sample becomes severe.Therefore，the brazing process with a holding time of 15 minutes and a brazing temperature of 980℃has the best effect.（3）Raman analysis is performed on the samples at 950，1 010，and 1 070℃to calculate the ratios of the diamond peak and graphite peak in the samples.It is found that when the temperat-ure increases from 950℃to 1 070℃，the temperature increases by 12%，and the degree of graphitization of diamond increases by 90%.At the same time，when the brazing temperature is 980℃，the main wear form of the diamond is flat and micro-damage，and the diamond shedding rate is 0.（4）To further compare the effect of insulation time on the per-formance of brazed joints，friction and wear tests are conducted on samples with different insulation times at the optim-albrazing temperature of 980℃.It is found that as the insulation time increases，the number of diamond drops in-creases from 0 to 3.However，if the insulation time is too long，the diamond particles suffer thermal damage.When the brazed sample with an insulation time of 15 minutes is used to grind marble，the marble grinding volume of the sample is 36.154 mm3，and the grinding performance of the sample is the best.Conclusions：The compound layer at the inter-face between the diamond particles and the WC/Cu-Sn-Ti composite brazing is uniform，continuous and dense.A thin and continuous layered TiC and a small amount of W2C phase are formed on the surface of diamond particles，which im-proves the bonding strength between the diamond and steel substrate.Under the conditions of a brazing temperature of 980℃and a holding time of 15 min，the friction coefficient of diamond particles in the grinding process is small，the grinding amount of the marble workpiece is large，and the diamond particle shedding rate is low.By reasonably con-trolling the brazing temperature and holding time，the efficiency and quality of diamond-abrasive tools in the processing of marble and other materials can be improved，the shedding rate of diamond particles can be reduced，and the service life of abrasive tools can be extended.At a brazing temperature of 980°C and a holding time of 15 minutes，the dia-mond particles exhibit a low friction coefficient during the grinding process，a high grinding volume on marble work-pieces，and a low diamond drop-out rate.By controlling the brazing temperature and holding time，the efficiency and quality of diamond grinding tools in processing materials such as marble can be improved，reducing the diamond particle drop-out rate and extending the tool's service life.The WC/Cu-Sn-Ti brazing material was used for vacuum brazing of diamond.The effects of brazing temperature and holding time on the morphology，the interfacial structure，and mechanical properties of brazed diamond were studied using a scanning electron microscope，X-ray diffractometer，energy spectrum analysis，and shear and grinding experiments.The results show that the compound layer formed at the composite brazing interface between diamond particles and WC/Cu-Sn-Ti is uniform，continuous and dense，and a thin and continuous layered TiC and a small amount of W2C phases are formed on the surface of diamond particles，which improves the bonding strength between the diamond and steel matrix.As the brazing temperature increases and the holding time prolongs，the interface defects of brazing gradually decrease，and the degree of diamond graphitization in-creases.Under the brazing temperature of 980℃and a holding time of 15 minutes，the friction force and the coefficient of friction of diamond particles during the grinding process are relatively small，resulting in the largest grinding volume for the marble workpiece and the lowest detachment rate of diamond particles.

Key words Cu-Sn-Ti brazing material；brazing process；mechanical properties；diamond grinding tool