[发明专利]一种用于高铬铸铁与低碳钢钎焊的钎料

说明书

技术领域

本发明涉及用于金属焊接的钎料，特别涉及一种用于高铬铸铁与低碳钢钎焊的新型钎料。

背景技术

高铬铸铁——低碳钢的双金属材料，实现了高硬度和高韧性的统一，极大的拓展了高铬铸铁的使用范围！但这种双金属材料，是一种基于钎焊的复合材料。钎焊工艺和钎焊质量严重影响双金属材料的性能和品质，高铬铸铁由于材料本身碳含量和铬含量都很高，使得这种材料成了一种很难理想焊接的材料。传统的还原性气氛在钎料的方法，钎焊接头强度很低，大概在100~150MPa，很难满足实际工况的需要，从国外大概在80年代开始，开发了真空铜钎焊工艺，钎焊接头强度能够达到210MPa，能够满足工况需要。但是需要大量的设备投资和高成本的表面清理成本，这种工艺的生产成本很高，导致高铬铸铁——低碳钢双金属材料的价格居高不下； 另一个问题是这种双金属材料的产品尺寸受真空焊接炉的尺寸限制，很难生产大尺寸产品，这在很大程度上制约了高铬铸铁双金属材料的应用，也是真空铜钎焊工艺存在的不可逾越的工艺短板。

发明内容

本发明旨在提供一种用于高铬铸铁与低碳钢钎焊的钎料，在应用于钎焊工艺时可实现双金属间的有效焊接，且有效降低钎焊工艺成本。本发明通过以下方案实现：

一种用于高铬铸铁与低碳钢钎焊的钎料，包括碳含量不小于90%石墨粉。为提高钎焊质量，上述石墨粉的平均粒径范围为10~300μm。

为便于在钎焊工艺应用，钎料中还包括高分子聚合物成形剂。成形剂一般优选橡胶或/和石蜡，以可使石墨粉加工成形。在工业应用时，将上述包含石墨粉及成形剂的钎料加工呈片状。

上述钎料可采用以下方法制备：将任何碳含量大于90%的石墨原料，采用机械球磨等碎粒研磨方法处理，再经筛分——分级，取不同颗粒级别（即不同平均粒径）即可得到石墨钎料。为方便钎焊工艺，可再于上述分级后的石墨颗粒中加入高分子聚合物成形剂，如橡胶、石腊等，制粒，在冲床上，根据被焊件对钎料的尺寸要求，将其冲压成片状。

石墨原料的来源非常广泛，除天然石墨、加工石墨制品等，还可以直接采用各类石墨制品或石墨粒的废料。

使用时，将上述含石墨粉的钎料置于高铬铸铁与低碳钢的被焊件之间，然后放置于真空或惰性、还原性气氛炉中，按现行钎焊工艺，高温保温一定时间后，出炉，即可实现良好焊接！

与现有技术相比，本发明的优点有：

1.  由于本发明的石墨粉剂用于钎焊，钎焊反应是一种微区的熔焊，所以钎焊反应和传统钎焊一样，只在母材的几微米至十几微米以下界面进行，不牵涉母材深层的结构，因此只要温度达到，不管是什么样的气氛，高铬铸铁和低碳钢都能实现稳定的熔合。

2.  可实现将黑色属（同种、异种）材料之间实现良好的焊接，几乎没有焊缝，焊接牢靠；

3.  采用本发明的钎料后，钎焊时不需要对被焊件作洁净及特殊表面前处理的工艺，甚至对于被焊面的平整程度要求都很低，因此在优化工艺的同时，节约了设备投资成本和工艺成本。

4.   采用来源广泛的石墨作为焊料，相较之前的铜焊料，也降低了原料成本。

具体实施方式

实施例1

将碳含量达到99%以上的天然石墨，采用机械球磨方法作研磨，再经筛分——分级，取平均粒径为10μm石墨粉，再向石墨粉中加入成形剂——橡胶，再经制粒，在冲床上将其冲压成厚度为0.05毫米的片状。

实施例2

  将实施例1制得的石墨粉钎料置于高铬铸铁与低碳钢的被焊件之间，形成类似于“三明治”形状，然后再将整体放置于真空炉中，按现行钎焊工艺，加热至1100℃，保温3小时以上，出炉，即可实现两材料的良好焊接。焊接后的材料采用超声波探伤检查，未发现有焊接处有缺陷点，并经测试，焊接头强度可以达到350MPa以上。

实施例3

    将碳含量达到90%以上的石墨制品废料，采用机械球磨方法研磨，再经筛分——分级，取平均粒径为300μm石墨粉，再向石墨粉中加入成形剂——石腊，再经制粒，在冲床上将其冲压成厚度为0.085毫米的片状，即制得片状钎料，用于高铬铸铁与低碳钢双金属材料的钎焊。