一种纳米钴中间层固相扩散连接硬质合金的方法

摘要

本发明涉及一种纳米Co中间层固相扩散连接硬质合金的方法，将硬质合金试样的待焊面用砂纸打磨抛光，丙酮液中进行超声清洗；将纳米Co用无水乙醇混成糊状，涂置在硬质合金待焊的表面上，装配成硬质合金/纳米Co/硬质合金的装配件；将装配件放置在真空加热炉中，施加10MPa~20MPa的压力，当真空加热炉这空都达到(1.5~2.0)×10---

说明书

技术领域

本发明涉及硬质合金刀具的固相扩散连接方法，具体地说是一种纳米钴中间层固相扩散连接硬质合金的方法。

背景技术

我们知道，硬质合金刀具是钨钴类材料制成，使用粉末冶金法由难熔金属碳化物与粘结金属构成的，其中金属碳化物的存在保证了硬质合金具有较高的硬度和耐磨性，而粘结相赋予了合金一定的强度和韧性使其具有良好的耐磨性、强度和冲击韧性，这使得硬质合金广泛应用于切削工具、模具、地质矿山工具以及耐磨损件等等。

硬质合金根据其成分的不同有多种牌号，如YG8、YG4C、YW1、YW2、GE1、YT30等等。硬质合金硬度高、脆性大而很难进行自身的加工使其在应用过程受到了较大的限制，因此硬质合金需要进行自身的连接是十分必要的。目前硬质合金的连接方式主要有TIG焊、激光焊、钎焊、高频感应钎焊等等，而固相扩散连接由于成本较低、操作简单、效率高而被应用于硬质合金刀具的自身连接。

纳米级别的Co粉在粒度上具有微米级颗粒所不具备的优势，即纳米尺寸效应，使其在界面的反应中能够形成更加细小的界面组织，阻止接头处较大的脆性化合物生成。应用纳米级中间层对硬质合金自身的固相扩散连接在国内并没有相关的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术的不足，提供一种工艺简单，成本低，操作简单，效率高，实现硬质合金可靠连接的纳米钴中间层固相扩散连接硬质合金的方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种纳米Co中间层固相扩散连接硬质合金的方法，其特征在于其包括以下步骤：

（一）、将硬质合金用线切割得到(10mm×10mm×5mm)待连接的硬质合金试样；

（二）、将步骤（一）得到的待连接的硬质合金试样的待焊面用砂纸打磨抛光，再将其放入丙酮液中进行超声清洗15min~20min；

（三）、将纳米Co用无水乙醇混成糊状，涂置在硬质合金待焊的表面上，装配成硬质合金/纳米Co/硬质合金的装配件，其中纳米Co粉的粒度20nm~100nm，涂敷厚度为50μm~100μm；

（四）、将步骤（三）得到的装配件放置在真空加热炉中，施加10MPa~20MPa的压力，当真空加热炉这空都达到(1.5~2.0)×10---^-3Pa时，开始进行加热，控制炉中升温速率为10℃/min~20℃/min，升温至1100℃~1300℃，然后保温20min~40min，再控制冷却速度5℃/min~10℃/min，冷却至400℃，然后随炉冷却即可实现硬质合金/纳米Co/硬质合金的连接。

本发明步骤三中装配成硬质合金/纳米Co/硬质合金的结构，使得两侧硬质合金母材中的WC与纳米Co粉相互反应和扩散，实现了可靠的连接。

本发明的有益效果是：本发明选用纳米Co作为中间层材料以实现硬质合金自身的固相扩散连接。在连接接头中纳米Co中间层与母材硬质合金中的WC反应，形成了化合物，实现硬质合金的连接，纳米Co的应用降低了脆性金属间化合物形成的倾向，从一定程度上提高了接头的力学性能，本发明采用纳米Co中间层对硬质合金进行固相扩散连接，通过控制扩散连接温度(1100℃~1300℃)和保温时间(20min~40min)，以控制反应层的厚度和接头中反应相的分布进而达到控制接头组织和性能的目的，成功实现了可靠的硬质合金的自身连接，接头的室温剪切强度最高可达153.3MPa，本发明硬质合金自身的成功连接，将硬质合金的自身固相扩散连接件将被用于强度要求较高的刀具上，这能有效的增加刀具在应用过程中的灵活程度，更有利于适用于各种显示需求，特别是对硬质合金刀具进行自身的固相扩散连接，具有极大的应用前景。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明作进一步描述。

一种纳米Co中间层固相扩散连接硬质合金的方法，其包括以下步骤：

（一）、将包括YG8、YG4C、YW1、YW2、GE1、YT30等在内的硬质合金用线切割得到(10mm×10mm×5mm)待连接的硬质合金试样。

（二）、将步骤（一）得到的待连接的硬质合金试样的待焊面用砂纸打磨抛光，再将其放入丙酮液中进行超声清洗15min~20min，丙酮。

（三）、将纳米Co用无水乙醇混成糊状，涂置在硬质合金待焊的表面上，装配成硬质合金/纳米Co/硬质合金的装配件，其中纳米Co粉的粒度20nm~100nm，涂敷厚度为50μm~100μm，无水乙醇。

（四）、将步骤（三）得到的装配件放置在真空加热炉中，施加10MPa~20MPa的压力，当真空加热炉这空都达到(1.5~2.0)×10---^-3Pa时，开始进行加热，控制炉中升温速率为10℃/min~20℃/min，升温至1100℃~1300℃，然后保温20min~40min，再控制冷却速度5℃/min~10℃/min，冷却至400℃，然后随炉冷却即可实现硬质合金/纳米Co/硬质合金的连接。

本发明采用纳米Co中间层对硬质合金刀具进行固相扩散连接，通过控制扩散连接温度(1100℃~1300℃)和保温时间(20min~40min)，以控制反应层的厚度和接头中反应相的分布进而达到控制接头组织和性能的目的，成功实现了硬质合金刀具的自身连接，并获得了可靠的连接头。获得的接头组织良好，无气孔、裂纹等缺陷，实现了硬质合金自身的可靠连接。经测试，接头的室温平均抗剪强度达到153.3MPa。

本发明硬质合金刀具自身的成功连接，将硬质合金的自身固相扩散连接件将被用于强度要求较高的刀具上，这能有效的增加刀具在应用过程中的灵活程度，更有利于适用于各种显示需求，具有极大的应用前景。

实施例1：一种纳米Co中间层固相扩散连接硬质合金的方法，其包括以下步骤：

（一）、将硬质合金YG8用线切割得到(10mm×10mm×5mm)待连接的硬质合金YG8试样；

（二）、将步骤（一）得到的待连接的硬质合金YG8试样的待焊面用砂纸打磨抛光，再将其放入丙酮液中进行超声清洗15min；

（三）、将纳米Co用无水乙醇混成糊状，涂置在硬质合金待焊的表面上，装配成硬质合金/纳米Co/硬质合金的装配件，其中纳米Co粉的粒度20nm，涂敷厚度为50μm；

（四）、将步骤（三）得到的装配件放置在真空加热炉中，施加10MPa的压力，当真空加热炉这空都达到2.0×10---^-3Pa时，开始进行加热，控制炉中升温速率为20℃/min，升温至1200℃，然后保温30min，再控制冷却速度10℃/min，冷却至400℃，然后随炉冷却，即可实现硬质合金/纳米Co/硬质合金的连接。

本实施例获得的YG8合金自身固相扩散连接接头界面组织结构的背散射电子照片显示，采用本实施方式获得的接头组织良好，无气孔、裂纹等缺陷，实现了YG8合金自身的可靠连接。经测试，接头的室温平均抗剪强度达到153.3MPa。

实施例2：本实施方式与具体实施例1不同的是：选用的硬质合金是YG4C，步骤（三）中纳米Co的粒度为40nm。其它与具体实施例1相同。

实施例3：本实施方式与具体实施例1或2不同的是：选用的硬质合金是YW1，步骤（三）中纳米Co的粒度为50nm~100nm。其它与具体实施方例1或2相同。

实施例4：本实施方式与具体实施例1不同的是：选用的硬质合金是YW2，步骤（三）中纳米Co的涂敷厚度100μm。其它与具体实施例1相同。

实施例5：本实施方式与具体实施例1不同的是：选用的硬质合金是GE1，步骤（四）中施加20MPa的压力，真空加热炉真空度达到1.5×10---^-3Pa，升温速率为10℃/min，升温至1100℃。其它与具体实施例1相同。

实施例6：本实施方式与具体实施例1不同的是：选用的硬质合金是YT30，步骤（四）中施加15MPa的压力，升温速率为15℃/min。升温至1300℃，然后保温40min，再控制冷却速度5℃/min，冷却至400℃，其它与具体实施例1相同。

以上对本发明实施例所提供的一种纳米钴中间层固相扩散连接硬质合金刀具的方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。