一种层状复合钎涂材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种钎涂材料，尤其是涉及一种层状复合钎涂材料，本发明还涉及该钎涂材料的制备方法。

背景技术：

在机械领域，某些工件局部表面往往要求具有较高的耐磨性和抗腐蚀性。如果将整体工件都用耐磨合金或抗腐蚀材料制造，不但成本较高，而且在整体力学性能等方面往往又不能满足要求。合理的解决方法通常是采用表面处理技术，即在工件的工作面上涂覆一层耐磨或耐蚀的金属或合金。就耐磨层而言，常用的方法有物理气相沉积法(PVD)、化学气相沉积法(CVD)、热喷涂法、堆焊法及钎涂法。物理气相沉法和化学气相沉积法只能取得很薄的涂层；等离子喷涂和火焰喷涂一般只能达到约1mm厚的涂层；表面堆焊法的加热温度较高，容易产生热应力，焊层一般较薄；钎涂法则不同，用钎涂法可以得到厚度范围比较大的涂层（从最薄的0.05mm到比较厚的4mm）。另外，钎涂层与母材系冶金结合，结合强度比热喷涂的机械结合要高得多；同时钎涂比堆焊时的加热温度低，热应力和母材性能的变化较小；而且钎涂层表面光滑，施工精度高，经过少量的加工即可达到要求的精度。

钎涂法中所用的钎涂材料由两部分组成：一部分是钎料合金，它的熔化温度较低，通称低熔点组分；另一部分是熔点高的硬质合金，通称高熔点组分。传统的钎涂材料通常是将粉状钎料、硬质合金颗粒、粘接剂、有机物等制备成悬浮的浆料状钎涂材料或片状钎涂材料，然后涂覆或粘结在工件表面，为防止母材、粉状钎料的氧化及促进钎料在硬质合金颗粒、母材表面的润湿铺展，钎涂过程中往往需要不断添加钎剂，工作效率低且容易造成钎剂的大量浪费，成本较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种使用方便的层状复合钎涂材料，本发明还提供该钎涂材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的层状复合钎涂材料，它是由钎料合金内层、包括硬质合金颗粒和钎剂的混合物中层以及钎料合金外层轧制成的带状结构或拉拔成的管状结构。

所述钎料合金内层的厚度为0.01～1mm，所述混合物中层的厚度为0.1～4mm，所述钎料合金外层的厚度为0.1～2mm。

所述混合物中层中，硬质合金颗粒所占的重量百分比为80~99%。

所述钎料合金内层、钎料合金外层为银基钎料、铜基钎料、镍基钎料、钴基钎料、钯基钎料中的一种。

所述硬质合金颗粒为粒度16~120目的碳化物、氮化物、硼化物、氧化物中的一种。

本发明所述层状复合钎涂材料的制备方法为：

制备带状钎涂材料：

首先将硬质合金颗粒、钎剂及有机粘结剂按一定比例配制的混合物均匀涂覆在钎料合金表面，然后在混合物表面再放置一定厚度的钎料合金，采用精密轧机轧制成所需厚度的由钎料合金内层、混合物中层和钎料合金外层构成的带状结构的三层复合钎涂材料成品；

制备管状钎涂材料：

首先将硬质合金颗粒、钎剂及有机粘结剂按一定比例配制的混合物均匀涂覆在管状钎料合金表面，然后将带状钎料合金经过多道轧制，将该管状钎料合金包覆，通过多道拉拔、校直工序，制成由钎料合金内层、混合物中层和钎料合金外层构成的管状结构的三层复合钎涂材料成品。

本发明的优点在于自带钎剂、成形性好，钎涂过程中实现了钎剂定量、自动添加；钎料合金及硬质合金比例一致，钎涂过程中可有效保障钎涂质量；轧制成型的层状复合钎涂材料可以卷制成盘状或轴状，钎涂过程中可以实现自动化生产。相对于由粉状钎料、硬质合金颗粒、粘接剂、有机物等制备成的悬浮浆料状钎涂材料或片状钎涂材料，本发明的制备工艺简单，成形性好，便于存放、运输，钎涂过程中可以实现自动化生产。

附图说明

图1、图2是本发明的结构示意图。

图3是卷制成盘状的层状复合钎涂材料。

具体实施方式

本发明所述的层状复合钎涂材料，是由钎料合金内层1、包括硬质合金颗粒和钎剂的混合物中层2以及钎料合金外层3轧制成的带状结构，如图1所示；也可以通过送粉（硬质合金颗粒和钎剂的混合物）、拉拔、校直等工序制成管状结构，如图2所示。轧制或拉拔好的层状复合钎涂材料可以卷制成盘状（如图3所示），以方便存放、运输，同时也利于自动化生产。

其中钎料合金内层1的厚度为0.01～1mm，混合物中层2的厚度为0.1～4mm，钎料合金外层3的厚度为0.1～2mm。

在混合物中层2中，硬质合金颗粒可以为粒度16~120目的碳化物、氮化物、硼化物、氧化物中的一种，硬质合金颗粒所占的重量百分比为80~99%。

钎料合金内层1、钎料合金外层3为银基钎料、铜基钎料、镍基钎料、钴基钎料、钯基钎料中的一种。

本发明的层状复合钎涂材料的制备方法分为带状和管状两种：

1、制备带状钎涂材料：

首先将硬质合金颗粒、钎剂及有机粘结剂按一定比例配制的混合物均匀涂覆在钎料合金表面，然后在混合物表面再放置一定厚度的钎料合金，采用精密轧机轧制成所需厚度的由钎料合金内层1、混合物中层2和钎料合金外层3构成的带状结构的三层复合钎涂材料成品；

2、制备管状钎涂材料：

首先将硬质合金颗粒、钎剂及有机粘结剂按一定比例配制的混合物均匀涂覆在管状钎料合金表面，然后将带状钎料合金经过多道轧制，将该管状钎料合金包覆，通过多道拉拔、校直等工序，制成由钎料合金内层1、混合物中层2和钎料合金外层3构成的管状结构的三层复合钎涂材料成品。

下面通过具体实施例对本发明层状复合钎涂材料的制备方法和使用效果做更加详细的说明。

实施例1：

钎料合金外层3为厚度0.1mm的BAg40CuZnCdNi(国家标准牌号HL312，按质量分数百分比计算，Ag-Cu16-Zn18-Cd26-Ni0.2)钎料合金带，钎料合金内层1为厚度0.3mm的BAg40CuZnCdNi钎料合金带，混合物中层2中的硬质合金颗粒选择20～30目的铸造碳化钨粉，钎剂选择FB102，按重量计算硬质合金颗粒与钎剂的比例为10:1，成品层状复合钎涂材料的厚度为0.6mm、宽度为3mm。母材选用Q235碳钢，钎涂后的尺寸为57mm×25.5mm×6mm。对实施例1的钎涂产品进行磨粒磨损实验，磨粒磨损试验在MLG-130A型干式橡胶轮磨粒磨损试验机上进行，试验载荷为20N，磨料为120号棕刚玉砂，橡胶轮转速为100r/min，砂流量为100g/min，磨损时间为15min，涂层的磨损用失重量表示，测试结果为36mg。采用同种比例的BAg40CuZnCdNi粉末、铸造碳化钨粉等制备的传统片状钎涂材料在同种钎涂工艺及磨粒磨损试验中的测试结果为48mg，结果表明本发明的复合钎涂材料的耐磨性明显高于传统片状钎涂材料。

实施例2

钎料合金外层3为厚度0.2mm的BCu58ZnMn(国家标准牌号HL105，按质量分数百分比计算，Cu-Zn38-Mn)钎料合金带，钎料合金内层1为厚度0.3mm的BCu58ZnMn钎料合金带，混合物中层2中的硬质合金颗粒选择20～30目的铸造碳化钨粉，钎剂选择QJ308，按重量计算硬质合金颗粒与钎剂的比例为10:1，成品层状复合钎涂材料的厚度为0.5mm、宽度为3mm。母材选用Q235碳钢，钎涂后的尺寸为57mm×25.5mm×6mm。对实施例2的钎涂产品进行磨粒磨损实验，磨粒磨损试验在MLG-130A型干式橡胶轮磨粒磨损试验机上进行，试验载荷为20N，磨料为120号棕刚玉砂，橡胶轮转速为100r/min，砂流量为100g/min，磨损时间为15min，涂层的磨损用失重量表示，测试结果为26mg。采用同种比例的BCu58ZnMn粉末、铸造碳化钨粉等制备的传统片状钎涂材料在同种钎涂工艺及磨粒磨损试验中的测试结果为37mg，结果表明本发明的复合钎涂材料的耐磨性明显高于传统片状钎涂材料。

实施例3

钎料合金外层3为厚度0.1mm的BAg50CuZnCdNi(国家标准牌号HL315，按质量分数百分比计算，Ag-Cu15-Zn17-Cd15-Ni3)钎料合金带，钎料合金内层1为厚度0.4mm的BAg50CuZnCdNi钎料合金带，混合物中层2中的硬质合金颗粒选择20～30目的铸造碳化钨粉，钎剂选择FB102，按重量计算硬质合金颗粒与钎剂的比例为10:1，成品复合钎涂材料的厚度为0.8mm、宽度为3mm。母材选用Q235碳钢，钎涂后的尺寸为57mm×25.5mm×6mm。对实施例3的产品进行磨粒磨损实验，磨粒磨损试验在MLG-130A型干式橡胶轮磨粒磨损试验机上进行。试验载荷为20N，磨料为120号棕刚玉砂，橡胶轮转速为100r/min，砂流量为100g/min，磨损时间为15min，涂层的磨损用失重量表示，测试结果为21mg。采用同种比例的BAg50CuZnCdNi粉末、铸造碳化钨粉等制备的传统悬浮浆料状钎涂材料在同种钎涂工艺及磨粒磨损试验中的测试结果为36mg，结果表明本发明的复合钎涂材料的耐磨性明显高于传统悬浮浆料状钎涂材料。

实施例4

钎料合金外层3为厚度0.2mm的BCuSiAlTi(按质量分数百分比计算，Cu92.75-Si3-Al2-Ti2.25)钎料合金带，钎料合金内层1为厚度0.2mm的BCuSiAlTi钎料合金带，混合物中层2中的硬质合金颗粒选择20～30目的Si₃N₄粉，钎剂选择QJ308，按重量计算钎剂与硬质合金颗粒的比例为1:10，通过送粉（硬质合金颗粒和钎剂的混合物）、拉拔、校直等工序后，制成直径为4mm、长度为400mm的管状钎涂材料，其中钎料合金占管状钎涂材料总重量的9%，Si₃N₄粉和钎剂的混合物占管状钎涂材料总重量的91%。母材选用Q235碳钢，钎涂后的尺寸为57mm×25.5mm×6mm。对实施例4的产品进行磨粒磨损实验，磨粒磨损试验在MLG-130A型干式橡胶轮磨粒磨损试验机上进行。试验载荷为20N，磨料为120号棕刚玉砂，橡胶轮转速为100r/min，砂流量为100g/min，磨损时间为15min，涂层的磨损用失重量表示，测试结果为28mg。采用同种比例的BCuSiAlTi粉末、Si₃N₄粉等制备的传统悬浮浆料状钎涂材料在同种钎涂工艺及磨粒磨损试验中的测试结果为39mg，结果表明本发明制备的管状钎涂材料的耐磨性明显高于传统悬浮浆料状钎涂材料。

实施例5

钎料合金外层3选用厚度为0.1mm的BAgCuTi(按质量分数百分比计算，Ag57-Cu38- Ti5)钎料合金带，钎料合金内层1选用厚度为0.2mm的BAgCuTi钎料合金带，硬质合金颗粒选择20～30目的Al₂O₃粉，钎剂选择FB102，按重量计算钎剂与硬质合金颗粒的比例为1:10，通过送粉（硬质合金颗粒和钎剂的混合物）、拉拔、校直等工序后，制成直径为4mm、长度为400mm的管状钎涂材料，其中钎料合金占管状钎涂材料总重量的9%，Al₂O₃粉和钎剂的混合物占管状钎涂材料总重量的91%。母材选用Q235碳钢，钎涂后的尺寸为57mm×25.5mm×6mm。对实施例5的产品进行磨粒磨损实验，磨粒磨损试验在MLG-130A型干式橡胶轮磨粒磨损试验机上进行。试验载荷为20N，磨料为120号棕刚玉砂，橡胶轮转速为100r/min，砂流量为100g/min，磨损时间为15min，涂层的磨损用失重量表示，测试结果为33mg。采用同种比例的BAgCuTi粉末、Al₂O₃粉等制备的传统悬浮浆料状钎涂材料在同种钎涂工艺及磨粒磨损试验中的测试结果为45mg，结果表明本发明制备的管状钎涂材料的耐磨性明显高于传统悬浮浆料状钎涂材料。