[发明专利]一种硬质合金与金属的扩散连接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硬质合金与金属的扩散连接方法。

背景技术

硬质合金是由硬度极高的金属碳化物如WC、TiC等为基体，以Co、Ni、Cu等作为粘结剂烧结制成的粉末冶金制品，具有高熔点、高硬度和高强度等一系列的优良性能。在硬质合金的实际工程应用中，经常需要对硬质合金与异种金属实现可靠连接，以充分发挥这两种材料的性能优势。由于硬质合金熔点高、具有较强的化学稳定性，因此目前主要采用钎焊方法实现硬质合金的连接。现有的连接方法在钎料的制备过程中需采用超高真空电弧炉分步熔炼，再应用单辊快速凝固装置制备，因此钎料的制备工艺非常复杂。

硬质合金与金属的物理性能(如线膨胀系数、弹性模量等)差别较大，连接后接头易产生较大残余应力，最终影响连接强度。另外，硬质合金与铝、铜等金属连接时，由于金属表面存在难去除的氧化膜，阻碍了母材元素的扩散和反应，界面无法实现紧密连接，最终也会降低接头连接强度。特别是硬质合金与铝连接时，由于铝熔点较低，为避免铝母材熔化，通常焊接温度为550-610℃，而如此低的焊接温度很难实现连接界面处的化学冶金结合。

发明内容

本发明是要解决现有连接方式工艺复杂并且连接强度低的问题，提供了一种硬质合金与金属的扩散连接方法。

本发明一种硬质合金与金属的扩散连接方法，是通过以下步骤进行的：一、毛化凸台：通过计算机程序编制，用线切割机切割硬质合金的待焊表面，使硬质合金的待焊表面生成矩阵式凸台；

二、焊前清理：使用80#、200#、400#和800#砂纸对金属的待焊表面进行逐级打磨，然后放入丙酮中超声清洗3-10min，再自然风干，得到清洗后的金属；将生成了矩阵式凸台的硬质合金表面放入丙酮中超声清洗5min后烘干，得到清洗后的硬质合金；

三、扩散连接：将清洗后的硬质合金的待焊表面和清洗后金属的待焊表面对接，然后放入扩散焊炉中，用压头固定，然后通过扩散连接工艺进行扩散连接，扩散连接工艺参数为：硬质合金与金属扩散连接的保温时间为30-90min，真空度大于5.0×10^-3Pa，升温速率为5-20℃/min，降温速率为5-10℃/min，在炉内温度低于200℃后取出，即完成硬质合金与金属的扩散连接。

本发明通过毛化凸台的方法增加了连接面积、利用扩散连接中施加的压力实现硬质合金在金属表面的机械钉扎，并破除了金属表面氧化膜。特别是，扩散连接中的长时间保温保压过程促进了界面元素间的充分扩散和反应。此外，预涂覆BNi₂中间层解决了硬质合金在800℃以下难与金属发生化学冶金反应的难题，最终优化了接头性能和界面组织。同时，由于硬质合金与金属的线膨胀系数差异很大，作为中间层的BNi₂可以缓解接头残余应力，从而提高接头抗承载能力。本发明该工艺成本低廉、操作简单，便于批量生产。

附图说明

图1为试验1得到的硬质合金/铝接头界面组织宏观照片，其中a为硬质合金，b为铝；

图2为试验1得到的硬质合金/铝接头界面组织微观照片，其中a为硬质合金，b为铝；

图3为本发明硬质合金矩阵式凸台的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式一种硬质合金与金属的扩散连接方法，是通过以下步骤进行的：一、毛化凸台：通过计算机程序编制，用线切割机切割硬质合金的待焊表面，使硬质合金的待焊表面生成矩阵式凸台；

二、焊前清理：使用80#、200#、400#和800#砂纸对金属的待焊表面进行逐级打磨，然后放入丙酮中超声清洗3-10min，再自然风干，得到清洗后的金属；将生成了矩阵式凸台的硬质合金表面放入丙酮中超声清洗5min后烘干，得到清洗后的硬质合金；

三、扩散连接：将清洗后的硬质合金的待焊表面和清洗后金属的待焊表面对接，然后放入扩散焊炉中，用压头固定，然后通过扩散连接工艺进行扩散连接，扩散连接工艺参数为：硬质合金与金属扩散连接的保温时间为30-90min，真空度大于5.0×10^-3Pa，升温速率为5-20℃/min，降温速率为5-10℃/min，在炉内温度低于200℃后取出，即完成硬质合金与金属的扩散连接。