銀基釬料含量對金剛石刀頭性能的影響

王艷芳+牛超

摘要： 利用試驗的方法測定不同含量的銀基釬料（FAgCuZnCdSn）在不同的燒結溫度下，對金剛石刀頭硬度、抗彎強度和刀頭微觀組織等性能的影響。結果表明：添加FAgCuZnCdSn可提高刀頭的硬度和抗彎強度，刀頭微觀金相組織也變得更加均勻。同時熱壓燒結溫度對刀頭性能也有很大的影響，提高燒結溫度可使刀頭的合金化程度提高，硬度和抗彎強度提高。綜合考慮，添加FAgCuZnCdSn為12%（質量分數），燒結溫度為780 ℃最佳。

關鍵詞： 銀基釬料 ；熱壓燒結 ；性能

中圖分類號： TG425

Abstract： In this paper， the test method for determining the different levels of silverbased solder （FAgCuZnCdSn）， the different sintering temperature effected on the diamond blade hardness， bending strength and heads microstructure and other properties. The results showed that： adding FAgCuZnCdSn can increase the hardness and bending strength of the tip， the tip microscopic crystal phase structures had become more uniform. At the same time， pressing the sintering temperature also had a great impact on the head performance， increasing the sintering temperature can increase the degree of alloying tip， hardness and bending strength.Taken together， adding FAgCuZnCdSn mass fraction of 12%， the sintering temperature of 780 °C was best.

Key words： silverbased solder； pressing sintering； performance

0前言

釬焊作為現代焊接技術的三大主要組成部分之一，是現代工業中重要的制造技術。近幾年來，信息技術、航空航天技術以及家電工業的發展，釬焊技術起到越來越重要的作用[1]。材料進行釬焊連接時，采用熔點比母材熔點低的填充材料（釬料），將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點但低于母材熔化的溫度（使母材仍保持為固態），利用液態釬料的潤濕作用填充間隙，與母材相互擴散實現與被焊工件連接。

金剛石刀頭的使用壽命很大程度上取決于金剛石和胎體材料的結合強度，而釬料可以用來提高其結合強度，進而提高刀頭使用壽命。因此可以通過添加不同含量的粉狀釬料和燒結劑進行熱壓燒結，測定燒結后的刀頭的力學性能，并從試驗結果中找出性能優良的組合，以提高金剛石刀頭的性能。

1試驗方法

1.1試驗材料

選擇的粉狀釬料是FAg737，其成分是Ag、Cu、Zn、Cd、Sn元素，用震動篩篩分出80目、120目、200目、300目、400目的粉狀釬料并裝入試樣袋，試驗選用300目的釬料。

1.2試驗方法與過程

燒結溫度的選擇有700、740、780、820 ℃四種，保溫時間為3 min，燒結氣氛為真空燒結[2]。

熱壓燒結過程：

（1）取稱量好的粉狀釬料和燒結劑，裝入模具，一個模具內裝入8～11g，并用夾具加緊。

（2）打開水循環系統，開啟壓縮機，再打開脈沖控制開關，然后打開主電源控制開關，設置參數（包括壓力，溫度）。

（3）粉末放在模具中預壓成形，然后放到真空室中，啟動液壓泵，壓制到位后關上真空室的門。

（4）啟動機械泵，然后再啟動上碟閥，待真空計上顯示真空度小于5 MPa時啟動程序。待程序結束真空室里面的溫度與室溫接近時關掉上碟閥，打開放氣閥，打開真空室門，將液壓泵指針返回，取出燒結試樣。如圖1所示。

圖1燒結模具及燒結試樣將燒結后的刀頭用由粗到細的砂紙進行打磨，使刀頭表面平整光潔，進行硬度、抗彎強度等力學性能測試，并記錄數據。

1.3刀頭金相組織觀察

刀頭性能測試完畢后，每組取出一個刀頭，利用金相鑲嵌機鑲嵌金相試樣，再利用砂帶機將需要磨金相的端面磨平整，然后用砂紙磨金相。磨完金相后，用拋光機拋光，然后在金相顯微鏡下觀察并拍照。

2結果與討論

2.1銀基釬料（FAgCuZnCdSn）含量對刀頭硬度和抗彎強度的影響

不同含量釬料的刀頭力學性能測試結果如表1所示， 將試驗數據用計算機擬合后，得到刀頭力學性能和FAgCuZnCdSn含量之間的關系曲線，如圖2，圖3所示。

由表1和圖2a所示，燒結劑本身的硬度為80 HRB。隨著FAgCuZnCdSn加入量的增多，粉末合金化程度逐漸提高，刀頭孔隙尺寸開始減小，刀頭硬度呈現上升趨勢。對同一種材料，孔隙率越低，硬度越高[3]。當FAgCuZnCdSn含量為12%時，達到了刀頭的較好硬度要求，為88 HRB。FAgCuZnCdSn含量為16% 時，硬度為96HRB，但是過高的刀頭硬度，可能會影響刀頭切割時的鋒利度。

由表1和圖2b所示，未加入FAgCuZnCdSn的刀頭抗彎強度為600 MPa，隨著FAgCuZnCdSn含量的增加，刀頭的抗彎強度也明顯提高，最高可達700 MPa。當FAgCuZnCdSn含量達到12%時，刀頭的抗彎強度達到最高，繼續增加FAgCuZnCdSn的含量，刀頭的抗彎強度會急劇下降。分析認為FAgCuZnCdSn的增加可有效提高刀頭強度的原因是：試驗采用的FAgCuZnCdSn具有比燒結劑高的硬度，而硬度與材料的強度有一定的關系，適當增加硬度會提高材料的強度。同時由于FAgCuZnCdSn孔隙率的減小使得孔隙率對材料基體的割裂作用降低，相應的材料中的微觀缺陷也就越少，從而使得其抗彎強度提高。因此適當添加FAgCuZnCdSn的刀頭具有較高的強度。但是FAgCuZnCdSn的含量增加過多時，刀頭硬度增加過大，這會使得刀頭的脆性增加，強度降低。

2.2FAgCuZnCdSn含量對刀頭顯微組織的影響

同一燒結溫度下添加不同含量FAgCuZnCdSn燒結刀頭微觀組織如圖3所示。

不同含量的刀頭金相組織加入FAgCuZnCdSn能使刀頭合金化，使得刀頭合金成分均勻化，碳化物偏析得到抑制，刀頭耐磨性增強[4]。從圖3可以看出，隨著FAgCuZnCdSn含量的增多，孔隙明顯減少，孔隙率逐漸降低，刀頭組織變得更加均勻。

2.3燒結溫度對刀頭硬度和抗彎強度的影響

由表2和圖4a可以看出，隨著燒結溫度的提高，刀頭的硬度逐漸增大。這是由于隨著燒結溫度的提高和保溫時間的延長，刀頭的孔隙減少，致密度得到提高。當溫度升高到780 ℃時，硬度上升幅度平緩，主要因為晶粒逐漸長大，導致材料的固溶強化和細晶強化效果不明顯。

將上面的數據用計算機擬合后，可得到刀頭硬度與燒結溫度的關系曲線，如圖4所示。

圖4燒結溫度與刀頭力學性能的關系由表2和圖4b可以看出，隨著燒結溫度的提高，抗彎強度總體上呈上升趨勢，但是當溫度超過某一范圍后抗彎強度開始下降，這說明隨著擴散的進行，晶粒開始長大，導致致密度下降，抗彎性能隨之較低。

3結論

（1）添加FAgCuZnCdSn可明顯提高刀頭的硬度，并且隨著其含量的增加，硬度呈上升趨勢；但考慮到刀頭硬度過高會影響其切削時的鋒利度，因此以添加釬料質量分數為12%時最佳。

（2）FAgCuZnCdSn對刀頭的抗彎強度有很大影響，隨著其含量的增加，刀頭抗彎強度明顯提高，但是當釬料含量超過某一范圍時，刀頭抗彎強度又明顯下降，因此以添加釬料質量分數為12%時最佳。

（3）隨著FAgCuZnCdSn含量的增加，刀頭孔隙率明顯減小，刀頭組織變得更加均勻。

（4）適當提高燒結溫度，可以使刀頭的合金化程度提高，硬度和抗彎強度有所增加。但是燒結溫度過高會導致晶粒長大，對刀頭的性能不利。

參考文獻

[1]喬培新，于新泉，潘建軍，等.現代焊接技術在汽車制造中的應用與發展[J]金屬加工（熱加工），2009，22：13-16

[2]王福田，王天宇.銀基釬料真空釬焊效果的研究[J]電焊機，2001，31（6）：31-33

[3]丁天然，龍偉民，喬培新，等.預合金粉對金剛石復合體組織結構影響及機理分析[J]焊接學報，2011，32（7）：75-78

[4]張堅，謝斌，趙龍志，等.高強高導銅合金的強化方法和研究進展[J]熱加工工藝，2014，14（43）：21-27