用于低温钎焊金刚石的合金焊料、制备方法及应用与流程

1.本发明是关于合金焊料，特别是关于用于低温钎焊金刚石的合金焊料、制备方法及应用。


背景技术：

2.金刚石是一种由碳元素组成的矿物，是石墨的同素异形体，也是自然界中天然存在的最坚硬的物质。金刚石以其超硬性广泛用于机电、光学、建筑、交通、冶金和地勘等工业领域。
3.目前，以金属为结合剂的金刚石工具制备，金刚石与工具基体的连接主要通过电镀，烧结以及钎焊等手段来实现。相比单层电镀工艺，钎焊法制备的金刚石磨粒工具的磨粒与钎料基体界面存在化学键合，具有更高的连接强度、更抗脱落；相比多层烧结工艺，钎焊法可以将金刚石磨粒的出露度提高70％-80％，大大提高工具的容屑能力和切削效率。
4.然而，现有的金刚石钎焊合金焊料主要集中在ni-cr基、cu-sn基和ag-cu基中，这些合金焊料的特点是高元和高熔点。当金刚石使用这些合金焊料进行钎焊时，金刚石会出现不同程度的化学侵蚀和热冲击，进而容易导致金刚石工具的热损伤，影响金刚石工具的加工品质，存在一定的使用局限性。
5.因此，针对上述技术问题，有必要提供用于低温钎焊金刚石的合金焊料、制备方法及应用。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供用于低温钎焊金刚石的合金焊料、制备方法及应用，其能够解决上述的金刚石工具容易被化学寝室和热冲击的问题。
7.为实现上述目的，本发明的实施例提供了用于低温钎焊金刚石的合金焊料，按质量份数计，包括以下组分：bi：32％-51％，cu：9％-13％，mn：0.5％-5％，in：0.3-1.2％，其余为sn和不可避免的杂质。
8.在本发明的一个或多个实施方式中，按质量份数计，包括以下组分：bi：36％，cu：11％，mn：3.1％，in：0.7％，其余为sn。
9.在本发明的一个或多个实施方式中，按质量份数计，包括以下组分：bi：42％，cu：10％，mn：4.5％，in：1％，其余为sn。
10.在本发明的一个或多个实施方式中，所述合金焊料中还包括ag，所述ag的质量份数为3％-14％。
11.在本发明的一个或多个实施方式中，所述bi、cu、mn、in、sn以及ag的纯度均大于99％。
12.一种所述的用于低温钎焊金刚石的合金焊料的制备方法，包括以下步骤：
13.s1、按质量份数称取原料；
14.s2、将原料放入真空感应炉，在真空环境下，熔炼原料；
15.s3、将熔炼原料放入保温炉，冲入保护气体，保温3-10min；
16.s4、通过保温炉漏嘴在雾化桶中雾化冷却，雾化冷却的焊料合金通过粉末分级机分级，制成所需要的焊料粉末。
17.在本发明的一个或多个实施方式中，所述s2中真空感应炉的真空度为1.2
×
10pa，熔化温度550-600℃。
18.在本发明的一个或多个实施方式中，所述s3中的保护气体为氩气和氦气中的一种。
19.在本发明的一个或多个实施方式中，所述s4中雾化冷却的速率为10℃/min。
20.一种所述的用于低温钎焊金刚石的合金焊料的应用，应用于金刚石的焊接中。
21.与现有技术相比，如本发明实施方式的用于低温钎焊金刚石的合金焊料可以实现金刚石工具的低温钎焊，有效的避免了金刚石被化学侵蚀和热冲击，进而可以避免金刚石受到的热损伤，大大提高金刚石工具的加工质量。
附图说明
22.图1是如本发明一实施方式的用于低温钎焊金刚石的合金焊料的实验结果图。
具体实施方式
23.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
24.除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
25.实施例一
26.本发明的实施例提供了用于低温钎焊金刚石的合金焊料，按质量份数计，包括以下组分：bi：32％，cu：9％，mn：0.5％，in：0.3，ag：3％，其余为sn和不可避免的杂质。
27.其中，bi、cu、mn、in、sn以及ag的纯度为99.1％。
28.用于低温钎焊金刚石的合金焊料的制备方法，包括以下步骤：
29.s1、按质量份数称取原料；
30.s2、将原料放入真空感应炉，真空感应炉的真空度为1.2
×
10pa，熔化温度555℃，熔炼原料；
31.s3、将熔炼原料放入保温炉，冲入氩气，保温4min；
32.s4、通过保温炉漏嘴在雾化桶中以10℃/min的速率雾化冷却，雾化冷却的焊料合金通过粉末分级机分级，制成所需要的焊料粉末。
33.实施例二
34.本发明的实施例提供了用于低温钎焊金刚石的合金焊料，按质量份数计，包括以下组分：bi：36％，cu：10％，mn：2％，in：0.5，ag：4.6％其余为sn和不可避免的杂质。
35.其中，bi、cu、mn、in、sn以及ag的纯度为99.2％。
36.用于低温钎焊金刚石的合金焊料的制备方法，包括以下步骤：
37.s1、按质量份数称取原料；
38.s2、将原料放入真空感应炉，真空感应炉的真空度为1.2
×
10pa，熔化温度571℃，熔炼原料；
39.s3、将熔炼原料放入保温炉，冲入氩气，保温3min；
40.s4、通过保温炉漏嘴在雾化桶中以10℃/min的速率雾化冷却，雾化冷却的焊料合金通过粉末分级机分级，制成所需要的焊料粉末。
41.实施例三
42.本发明的实施例提供了用于低温钎焊金刚石的合金焊料，按质量份数计，包括以下组分：bi：36％，cu：11％，mn：3.1％，in：0.7％，ag：5.5％其余为sn和不可避免的杂质。
43.其中，bi、cu、mn、in、sn以及ag的纯度为99.2％。
44.用于低温钎焊金刚石的合金焊料的制备方法，包括以下步骤：
45.s1、按质量份数称取原料；
46.s2、将原料放入真空感应炉，真空感应炉的真空度为1.2
×
10pa，熔化温度586℃，熔炼原料；
47.s3、将熔炼原料放入保温炉，冲入氩气，保温5min；
48.s4、通过保温炉漏嘴在雾化桶中以10℃/min的速率雾化冷却，雾化冷却的焊料合金通过粉末分级机分级，制成所需要的焊料粉末。
49.实施例四
50.本发明的实施例提供了用于低温钎焊金刚石的合金焊料，按质量份数计，包括以下组分：bi：42％，cu：10％，mn：4.5％，in：1％，ag：6.9％其余为sn和不可避免的杂质。
51.其中，bi、cu、mn、in、sn以及ag的纯度为99.5％。
52.用于低温钎焊金刚石的合金焊料的制备方法，包括以下步骤：
53.s1、按质量份数称取原料；
54.s2、将原料放入真空感应炉，真空感应炉的真空度为1.2
×
10pa，熔化温度591℃，熔炼原料；
55.s3、将熔炼原料放入保温炉，冲入氩气，保温6min；
56.s4、通过保温炉漏嘴在雾化桶中以10℃/min的速率雾化冷却，雾化冷却的焊料合金通过粉末分级机分级，制成所需要的焊料粉末。
57.实施例五
58.本发明的实施例提供了用于低温钎焊金刚石的合金焊料，按质量份数计，包括以下组分：bi：47％，cu：11％，mn：4.7％，in：1％，ag：9％其余为sn和不可避免的杂质。
59.其中，bi、cu、mn、in、sn以及ag的纯度为99.7％。
60.用于低温钎焊金刚石的合金焊料的制备方法，包括以下步骤：
61.s1、按质量份数称取原料；
62.s2、将原料放入真空感应炉，真空感应炉的真空度为1.2
×
10pa，熔化温度580℃，熔炼原料；
63.s3、将熔炼原料放入保温炉，冲入氩气，保温6min；
64.s4、通过保温炉漏嘴在雾化桶中以10℃/min的速率雾化冷却，雾化冷却的焊料合金通过粉末分级机分级，制成所需要的焊料粉末。
65.实施例六
66.本发明的实施例提供了用于低温钎焊金刚石的合金焊料，按质量份数计，包括以下组分：bi：51％，cu：13％，mn：5％，in：1.2％，ag：14％其余为sn和不可避免的杂质。
67.其中，bi、cu、mn、in、sn以及ag的纯度为99.9％。
68.用于低温钎焊金刚石的合金焊料的制备方法，包括以下步骤：
69.s1、按质量份数称取原料；
70.s2、将原料放入真空感应炉，真空感应炉的真空度为1.2
×
10pa，熔化温度600℃，熔炼原料；
71.s3、将熔炼原料放入保温炉，冲入氩气，保温10min；
72.s4、通过保温炉漏嘴在雾化桶中以10℃/min的速率雾化冷却，雾化冷却的焊料合金通过粉末分级机分级，制成所需要的焊料粉末。
73.分别将实施例一至实施例六和市面上的ni-cr基、cu-sn基和ag-cu基合金焊料进行力学性能测试、润湿性能测试和熔点测试，依次记为实施例一至实施例六和对照组一、对照组二和对照组三，具体测试步骤如下：
74.(1)将上述实施例一至六和对照组一至三得到的合金焊料分别制备成工字型拉伸试样，用游标卡尺测量出其拉伸处的宽度及厚度，之后用wdt-3030kn的电子万能试验机分别对其进行拉伸，并计算焊料合金的抗拉强度。
75.(2)将上述实施例一至六和对照组一至三得到的合金焊料分别称取0.5g的样品，依次记录称取的重量，后用高温润湿角测量仪进行润湿性测试，加热温度均为400℃。整个滴落过程由ccd高速相机录制，实验结束后从相机录制的视频中截取照片，再利用adsa软件将合金液图像矢量化从而提取轮廓数据，最终利用sesdropd软件对数据进行拟合和计算分析，得到接触角。本试验采用合金液滴落在cu板上5s时的接触角来评判合金焊料的润湿性能，一般情况下，接触角越小，合金润湿性越好。
76.(3)将上述实施例一至六和对照组一至三得到的合金焊料分别称取40mg样品，依次记录称取的重量，后用差示扫描热量仪(dsc404f3a00)，升温速率为10℃/min进行熔点测试。
77.实验结果参考图1所示，在对样品进行力学性能测试时，根据图1可知，实施例六中得到的合金焊料的抗拉强度最大，为90mpa，实施例1至实施例五的抗拉强度也都达到了88mpa以上，而对比例一至三中的合金焊料抗拉强度较小，均低于80mpa以下。
78.在对样品进行润湿性能测试时，根据图1可知，实施例二获得的合金焊料的接触角最小，为46.5
°
，也就是说，实施例二获得的合金焊料的润湿性能最好，实施例六获得合金焊料的接触角最大，为48.1
°
对比例一至三中，接触角均大于87
°
，对比例三的接触角达到了90
°
，润湿性能最差。
79.在对样品进行熔点测试时，根据图1可知，实施例一获得的合金焊料的熔点温度最低，为308℃，实施例六获得合金焊料的熔点温度最高，为331℃，其余实施例中的熔点温度接近310℃。而对比例一至三中，对比例一的熔点温度为765℃，对比例二的熔点温度为800℃，对比例三的熔点温度最高，为813℃。对比例获得合金焊料的熔点温度远高于本技术中实施例中获得合金焊料的熔点温度。
80.前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，如上述教导，可以进行很多改变和
变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

技术特征：
1.用于低温钎焊金刚石的合金焊料，其特征在于，按质量份数计，包括以下组分：bi：32％-51％，cu：9％-13％，mn：0.5％-5％，in：0.3-1.2％，其余为sn和不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的用于低温钎焊金刚石的合金焊料，其特征在于，按质量份数计，包括以下组分：bi：36％，cu：11％，mn：3.1％，in：0.7％，其余为sn。3.如权利要求1所述的用于低温钎焊金刚石的合金焊料，其特征在于，按质量份数计，包括以下组分：bi：42％，cu：10％，mn：4.5％，in：1％，其余为sn。4.如权利要求1所述的用于低温钎焊金刚石的合金焊料，其特征在于，所述合金焊料中还包括ag，所述ag的质量份数为3％-14％。5.如权利要求4所述的用于低温钎焊金刚石的合金焊料，其特征在于，所述bi、cu、mn、in、sn以及ag的纯度均大于99％。6.一种如权利要求1-5任意一项所述的用于低温钎焊金刚石的合金焊料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、按质量份数称取原料，其中bi：32％-51％，cu：9％-13％，mn：0.5％-5％，in：0.3-1.2％，其余为sn和不可避免的杂质；s2、将原料放入真空感应炉，在真空环境下，熔炼原料；s3、将熔炼原料放入保温炉，冲入保护气体，保温3-10min；s4、通过保温炉漏嘴在雾化桶中雾化冷却，雾化冷却的焊料合金通过粉末分级机分级，制成所需要的焊料粉末。7.如权利要求6所述的用于低温钎焊金刚石的合金焊料的制备方法，其特征在于，所述s2中真空感应炉的真空度为1.2
×
10pa，熔化温度550-600℃。8.如权利要求6所述的用于低温钎焊金刚石的合金焊料的制备方法，其特征在于，所述s3中的保护气体为氩气和氦气中的一种。9.如权利要求6所述的用于低温钎焊金刚石的合金焊料的制备方法，其特征在于，所述s4中雾化冷却的速率为10℃/min。10.一种如权利要求1-9任意一项所述的用于低温钎焊金刚石的合金焊料的应用，其特征在于，应用于金刚石的焊接中。

技术总结
本发明公开了用于低温钎焊金刚石的合金焊料、制备方法及应用，其中，用于低温钎焊金刚石的合金焊料，按质量份数计，包括以下组分：Bi：32％-51％，Cu：9％-13％，Mn：0.5％-5％，In：0.3-1.2％，其余为Sn和不可避免的杂质，合金焊料中还包括Ag，Ag的质量份数为3％-14％，Bi、Cu、Mn、In、Sn以及Ag的纯度均大于99％，合金焊料的制备方法，包括以下步骤：S1、按质量份数称取原料；S2、将原料放入真空感应炉，在真空环境下，熔炼原料；S3、将熔炼原料放入保温炉，冲入保护气体，保温3-10min。本发明的合金焊料可以实现金刚石工具的低温钎焊，有效的避免了金刚石被化学侵蚀和热冲击，进而可以避免金刚石受到的热损伤，大大提高金刚石工具的加工质量。大大提高金刚石工具的加工质量。大大提高金刚石工具的加工质量。


技术研发人员：万武辉
受保护的技术使用者：上海科弗新材料科技有限公司
技术研发日：2023.06.01
技术公布日：2023/7/18