一种碳纳米管辅助钎焊硬质合金和钢的方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及钎焊硬质合金和钢的方法。
【背景技术】
[0002]硬质合金具有硬度高、耐磨损、耐腐蚀、线膨胀系数小等特点，特别适合做工具材料，同时由于其韧性较差，脆性较高，不能对其进行普通机械加工，因此将硬质合金制造形状复杂的制品非常困难，成本也很高，其应用范围受到极大的限制。用焊接的方法将硬质合金镶嵌在钢基体上使用能够很好解决硬质合金成本高、形状简单、尺寸有限、韧性差等不足，这样扩大了硬质合金的应用范围，具有重要的实用价值。
[0003]由于硬质合金中的钴很容易形成氧化物，钴被氧化后，其粘接性能大大降低，使硬质合金的强度、冲击韧性大大降低，严重时还会使硬质合金层层脱落，成为废品。故而焊接过程中需保持较高的真空度。真空钎焊除了可以有效解决钴的氧化问题，还因不使用钎剂，所以不易出现气孔、夹杂等缺陷，节省工序、减少使用钎剂带来的污染。
[0004]然而真空钎焊硬质合金具有严重的焊接残余应力大的问题。残余应力的存在，使硬质合金的强度、耐磨性急剧下降，导致硬质合金工具的使用性能大打折扣，甚至因硬质合金的断裂或脱落而失效。传统钎料难以满足上述要求。因此，迫切需要开发一种新型钎料，以满足以上要求。
【发明内容】
[0005]本发明要解决现有真空钎焊硬质合金焊接残余应力大的问题，而提供一种碳纳米管辅助钎焊硬质合金和钢的方法。
[0006]—种碳纳米管辅助钎焊硬质合金和钢的方法，具体是按照以下步骤进行的:
[0007]—、将金属粉末和六水硝酸镍颗粒混合，然后加入到无水乙醇中，在温度为60°C?80°C的条件下，磁力搅拌至无水乙醇全部挥发，得到混合粉末；
[0008]所述的金属粉末和六水硝酸镍颗粒的质量比为1:(5?10);
[0009]二、将混合粉末置于等离子体增强化学气相沉积真空装置中，抽真空后，以气体流量为ISsccm?22Sccm通入氢气，调节等离子体增强化学气相沉积真空装置中压强为185Pa?215Pa，并在压强为185Pa?215Pa和氢气气氛下，30min内将温度升温至550°C?600°C;
[0010]三、通入碳源气体，调节氢气的气体流量为lOsccm，调节碳源气体的气体流量为40sCCm，调节等离子体增强化学气相沉积真空装置中压强为500Pa?700Pa，然后在射频功率为150W?200W、压强为500Pa?700Pa和温度为550°C?600°C的条件下进行沉积，沉积时间为lOmin?30min，关闭射频电源和加热电源，停止通入碳源气体，将温度降温至500°C?550°C，然后停止通氢气，抽真空，冷却至室温，得到初始CNTs/金属混合粉末，再将初始CNTs/金属混合粉末与混合粉末混合，得到CNTs/金属混合粉末；
[0011 ] 所述的CNTs/金属混合粉末中CNTs的体积百分数为1.5%?7.5% ;
[0012]四、在压力为4t?8t的条件下，用压片机将CNTs/金属混合粉末压制，得到钎料箔片;
[0013]当钎料箔片为CNTs/CuSnNi钎料箔片时，步骤一中所述的金属粉末为铜粉末、锡粉末和镍粉末；
[0014]当钎料箔片为CNTs/CuMoCo钎料箔片时，步骤一中所述的金属粉末为铜粉末、钼粉末和钴粉末；
[0015]当钎料箔片为CNTs/CuMnNi钎料箔片时，步骤一中所述的金属粉末为铜粉末、锰粉末和镍粉末；
[0016]五、将钎料箔片置于硬质合金和钢的待焊面之间，并置于钎焊真空炉中，抽真空，以升温速度为5°C/min?15°C/min，将钎焊真空炉的温度升温至1000°C?1100°C，并在温度为1000°C?1100°C下，保温5min?30min，冷却，即完成硬质合金及钢材的钎焊。
[0017]本发明的有益效果是:
[0018]本发明采用PECVD法制备的CNTs/钎料，可在低温下制的CNTs均匀分散，结构完整的高性能碳纳米管增强钎料。由于碳纳米管具有极高的弹性模量和拉伸强度、线膨胀系数低、韧性良好，钎焊过程中，钎料基体可以向碳纳米管进行应力及载荷的传递，故而可以有效的改善硬质合金与钢连接中残余应力大的问题，实现硬质合金与钢的高质量连接。综上本发明采用碳纳米管辅助钎焊硬质合金和钢具有以下优点:
[0019]1、本发明采用等离子体增强化学气相沉积方法低温原位生长碳纳米管，解决了复合钎料中碳纳米管的不完整和分散不均匀问题，避免了复合钎料中碳纳米管的团聚；
[0020]2、本发明可以将碳纳米管作为增强体掺入到复合钎料中，可以缓解硬质合金与钢连接中接头的热应力，提高接头的力学性能，扩大了硬质合金的应用范围，具有重要的实用价值。
[0021 ] 3、本发明简单、高效，且成本较低，非常利于工业化生产。
[0022]本发明用于一种碳纳米管辅助钎焊硬质合金和钢的方法。
【附图说明】
[0023]图1为实施例一步骤四得到的CNTs/CuMnNi钎料箔片的扫描电镜图。
【具体实施方式】
[0024]本发明技术方案不局限于以下所列举的【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】之间的任意组合。
[0025]【具体实施方式】一:本实施方式所述的一种碳纳米管辅助钎焊硬质合金和钢的方法，具体是按照以下步骤进行的:
[0026]一、将金属粉末和六水硝酸镍颗粒混合，然后加入到无水乙醇中，在温度为60°C?80°C的条件下，磁力搅拌至无水乙醇全部挥发，得到混合粉末；
[0027]所述的金属粉末和六水硝酸镍颗粒的质量比为1:(5?10);
[0028]二、将混合粉末置于等离子体增强化学气相沉积真空装置中，抽真空后，以气体流量为ISsccm?22Sccm通入氢气，调节等离子体增强化学气相沉积真空装置中压强为185Pa?215Pa，并在压强为185Pa?215Pa和氢气气氛下，30min内将温度升温至550°C?600°C;
[0029]三、通入碳源气体，调节氢气的气体流量为lOsccm，调节碳源气体的气体流量为40sCCm，调节等离子体增强化学气相沉积真空装置中压强为500Pa?700Pa，然后在射频功率为150W?200W、压强为500Pa?700Pa和温度为550°C?600°C的条件下进行沉积，沉积时间为lOmin?30min，关闭射频电源和加热电源，停止通入碳源气体，将温度降温至500°C?550°C，然后停止通氢气，抽真空，冷却至室温，得到初始CNTs/金属混合粉末，再将初始CNTs/金属混合粉末与混合粉末混合，得到CNTs/金属混合粉末；
[0030]所述的CNTs/金属混合粉末中CNTs的体积百分数为1.5%?7.5% ;
[0031 ]四、在压力为4t?8t的条件下，用压片机将CNTs/金属混合粉末压制，得到钎料箔片;
[0032]当钎料箔片为CNTs/CuSnNi钎料箔片时，步骤一中所述的金属粉末为铜粉末、锡粉末和镍粉末；
[0033]当钎料箔片为CNTs/CuMoCo钎料箔片时，步骤一中所述的金属粉末为铜粉末、钼粉末和钴粉末；
[0034]当钎料箔片为CNTs/CuMnNi钎料箔片时，步骤一中所述的金属粉末为铜粉末、锰粉末和镍粉末；
[0035]五、将钎料箔片置于硬质合金和钢的待焊面之间，并置于钎焊真空炉中，抽真空，以升温速度为5°C/min?15°C/min，将钎焊真空炉的温度升温至1000°C?1100°C，并在温度为1000°C?1100°C下，保温5min?30min，冷却，即完成硬质合金及钢材的钎焊。
[0036]本实施方式步骤三通过调节氢气的气体流量为lOsccm，调节碳源气体的气体流量为40sCCm，调节等离子体增强化学气相沉积真空装置中压强为500Pa?700Pa，然后在射频功率为150W?200W、压强为500Pa?700Pa和温度为550°C?600°C的条件下进行沉积，沉积时间为lOmin?30min，可以使得初始CNTs/金属混合粉末中CNTs的体积百分数最大值高于7.5%，最小值高于1.5%,因此，再将初始CNTs/金属混合粉末与未进行PECVD处理的混合粉末混合，使得CNTs/金属混合粉末中CNTs的体积百分数为1.5%?7.5%。
[0037]本实施方式的有益效果是:
[0038]本实施方式采用PECVD法制备的CNTs/钎料，可在低温下制的CNTs均匀分散，结构完整的高性能碳纳米管增强钎料。由于碳纳米管具有极高的弹性模量和拉伸强度、线膨胀系数低、韧性良好，钎焊过程中，钎料基体可以向碳纳米管进行应力及载荷的传递，故而可以有效的改善硬质合金与钢连接中残余应力大的问题，实现硬质合金与钢的高质量连接。综上本实施方式采用碳纳米管辅助钎焊硬质合金和钢具有以下优点:
[0039]1、本实施方式采用等离子体增强化学气相沉积方法低温原位生长碳纳米管，解决了复合钎料中碳纳米管的不完整和分散不均匀问题，避免了复合钎料中碳纳米管的团聚；
[0040]2、本实施方式可以将碳纳米管作为增强体掺入到复合钎料中，可以缓解硬质合金与钢连接中接头的热应力，提高接头的力学性能，扩大了硬质合金的应用范围，具有重要的实用价值。
[0041 ] 3、本实施方式简单、高效，且成本较低，非常利于工业化生产。
[0042]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤三中所述的碳源气体为甲烷气体。其它与【具体实施方式】一相同。
[0043]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二之一不同的是:步骤五中所述的硬质合金为YG8或YG6C;步骤五中所述的钢为16Mn或40Cr。其它与【具体实施方式】一或二相同。
[0044]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是:步骤三中然后在射频功率为160W?175W、压强为500Pa?700Pa和温度为550°C?600°C的条件下进行沉积，沉积时间为lOmin?30min。其它与【具体实施方式】一至三相同。
[0045]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同的是:步骤三中然后在射频功率为150W?200W、压强为500Pa?700Pa和温度为550°C?600°C的条件下进行沉积，沉积时间为15min?20min。其它与【具体实施方式】一至四相同。
[0046]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一至五之一不同的是:步骤三中所述的CNTs/金属混合粉末中CNTs的体积百分数为3%?4.5%。其它与【具体实施方式】一至五相同。
[0047]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一至六之一不同的是:步骤三中所述的CNTs/金属混合粉末中CNTs的体积百分数为4.5%?6%。其它与【具体实施方式】一至六相同。
[004