本發(fā)明涉及硬質(zhì)合金與鋼的連接技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種硬質(zhì)合金與鋼的活化擴(kuò)散連接方法。

背景技術(shù)：

硬質(zhì)合金是由難熔金屬碳化物（如TiC、WC、TaC、NbC等）和粘結(jié)劑金屬（如Co、Fe、Mo等）通過(guò)粉末冶金方法合成的，具有高硬度、高耐磨和良好的高溫性能，廣泛用于制造煤炭石油勘探和開采工具、金屬切削工具及礦山采掘工具等。由于硬質(zhì)合金價(jià)格昂貴、塑性韌性差，硬質(zhì)合金工具常采用小塊硬質(zhì)合金與鋼基體連接起來(lái)使用，既可降低成本，又能提高使用性能。

在目前工業(yè)應(yīng)用中，硬質(zhì)合金與鋼的常用連接技術(shù)有機(jī)械連接、釬焊和擴(kuò)散焊。其中，機(jī)械連接的硬質(zhì)合金工具在使用過(guò)程中穩(wěn)定性差；釬焊連接的硬質(zhì)合金工具，其高溫使用性能差；擴(kuò)散焊連接的硬質(zhì)合金工具雖然具有良好的高溫使用性能，使用溫度為450℃時(shí)仍具有較高的強(qiáng)度，但擴(kuò)散焊需要在高真空環(huán)境條件下施焊，導(dǎo)致硬質(zhì)合金工具的制造成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：現(xiàn)有硬質(zhì)合金與鋼的連接技術(shù)中，存在的焊后高溫使用性能差、活化連接真空度要求高、連接效率低、成本高等問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種硬質(zhì)合金與鋼的活化擴(kuò)散連接方法，包括如下步驟：

步驟一、將硬質(zhì)合金和鋼的待焊面依次進(jìn)行堿洗、酸洗、打磨和蒸餾水沖洗處理，之后吹干備用；

步驟二、將硬質(zhì)合金與鋼兩者的待焊面對(duì)接組裝，在對(duì)接面之間鋪設(shè)活性劑或含有活性劑的金屬夾層，裝配得到整體連接件；所述活性劑為B、Li和B₂O₃中的至少一種；

步驟三、將整體連接件置于擴(kuò)散焊爐中，對(duì)整體連接件施加0.5～1.0MPa的預(yù)壓力，關(guān)閉爐門；

步驟四、對(duì)擴(kuò)散焊爐抽真空，當(dāng)擴(kuò)散焊爐中真空度不高于10^-1Pa時(shí)，向擴(kuò)散焊爐內(nèi)充入還原性氣體，當(dāng)爐內(nèi)壓力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)開始加熱，加熱速率為10～15℃/min，當(dāng)爐內(nèi)溫度達(dá)到800～1200℃時(shí)，對(duì)整體連接件施加5～12MPa的軸向壓力，保溫保壓7～60min；

步驟五、整體連接件擴(kuò)散焊完成后，卸去壓力，隨爐冷卻至100℃，取出即可。

所述還原性氣體為H₂、CO、NO₂、NO、NH₃和CH₄中的至少一種。

所述含有活性劑的金屬夾層為表面涂覆活性劑的金屬箔、均勻混合有活性劑的金屬粉末、表面涂覆活性劑的金屬鍍膜中的任一種，所述金屬鍍膜為噴涂或電鍍?cè)谟操|(zhì)合金或鋼表面的金屬層。

所述金屬箔、金屬粉末或金屬鍍膜所采用的金屬為Ni或Cu。

所述活性劑的狀態(tài)為粉末狀或箔狀。

本發(fā)明的有益效果如下：

（1）、本發(fā)明克服了擴(kuò)散焊對(duì)真空度的苛刻要求，擴(kuò)散焊爐內(nèi)真空度只需不高于10^-1Pa即可，不需要昂貴的真空設(shè)備投入，節(jié)約成本；

（2）、本發(fā)明在硬質(zhì)合金與鋼的對(duì)接面之間鋪設(shè)活性劑或含有活性劑的金屬夾層，活性劑在整個(gè)活化擴(kuò)散連接過(guò)程中，其與待焊面周圍環(huán)境氣氛中的氧或待焊面上的金屬氧化物反應(yīng)，可去除硬質(zhì)合金待焊面和鋼待焊面上的氧化膜，增大硬質(zhì)合金和鋼的擴(kuò)散速率，縮短擴(kuò)散連接時(shí)間，提高連接效率，減少焊接缺陷，提高產(chǎn)品質(zhì)量；

（3）、擴(kuò)散爐中充入的還原性氣體不僅能與硬質(zhì)合金和鋼待焊面上的金屬氧化物反應(yīng)，去除金屬氧化物，還可防止硬質(zhì)合金待焊面和鋼待焊面的高溫氧化，增大硬質(zhì)合金和鋼的擴(kuò)散速率，縮短擴(kuò)散連接時(shí)間，提高連接效率，減少焊接缺陷，提高產(chǎn)品質(zhì)量；

（4）、硬質(zhì)合金與鋼實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散連接，焊后硬質(zhì)合金工具有良好的高溫使用性能，連接效果好。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的硬質(zhì)合金與鋼在活化擴(kuò)散連接時(shí)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的表面涂覆活性劑的金屬箔結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的均勻混合有活性劑的金屬粉末的示意圖；

圖4是本發(fā)明的表面涂覆活性劑的金屬鍍膜的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖標(biāo)記如下：1—上壓頭；2—硬質(zhì)合金；3—活性劑；4—鋼；5—下壓頭；6—金屬箔；7—金屬粉末；8—金屬鍍膜。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

將尺寸為φ9×9mm的YG6X硬質(zhì)合金與45號(hào)鋼活性擴(kuò)散連接。

首先，將YG6X硬質(zhì)合金和45號(hào)鋼的待焊面依次進(jìn)行堿洗、酸洗、打磨和蒸餾水沖洗，確保待焊面光潔度Ra≤3.2μm，冷風(fēng)吹干備用；然后，將硬質(zhì)合金與鋼的待焊面對(duì)接組裝，在對(duì)接面之間刷涂一層硼粉，無(wú)金屬夾層，裝配得到整體連接件；隨后，將整體連接件放在擴(kuò)散焊爐的上壓頭和下壓頭之間，施加0.5MPa預(yù)壓力，關(guān)閉爐門；擴(kuò)散焊爐開啟抽真空，待真空度達(dá)到10^-1Pa時(shí)，向擴(kuò)散焊爐內(nèi)充入氫氣，當(dāng)爐內(nèi)壓力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)開始加熱，加熱速率為10℃/min，當(dāng)爐內(nèi)溫度達(dá)到800℃時(shí)，對(duì)整體連接件施加5MPa軸向壓力，保溫保壓60min；整體連接件擴(kuò)散焊完成后，卸去壓力，隨爐冷卻至100℃，取出連接件，即實(shí)現(xiàn)YG6X硬質(zhì)合金與45號(hào)鋼的活化擴(kuò)散連接。

焊后接頭的測(cè)試結(jié)果為：（1）活化擴(kuò)散焊接頭無(wú)缺陷，焊合率高；（2）室溫接頭抗剪強(qiáng)度為203.5MPa；（3）450℃高溫下，接頭抗剪強(qiáng)度為178.7 MPa。

實(shí)施例2

將尺寸為φ12.5×9mm的YG15C硬質(zhì)合金與尺寸為φ12.5×28mm的45號(hào)鋼活性擴(kuò)散連接。

首先，將YG15C硬質(zhì)合金和45號(hào)鋼的待焊面依次進(jìn)行堿洗、酸洗、打磨和蒸餾水沖洗，確保待焊面光潔度Ra≤3.2μm，冷風(fēng)吹干備用；然后，將硬質(zhì)合金與鋼的待焊面對(duì)接組裝，在對(duì)接面之間鋪設(shè)100μm厚的Ni箔，Ni箔表面噴撒B和Li的混合粉，B粉和Li粉質(zhì)量比為9：1，裝配得到整體連接件；隨后，將整體連接件放在擴(kuò)散焊爐的上壓頭和下壓頭之間，施加1.0MPa預(yù)壓力，關(guān)閉爐門；擴(kuò)散焊爐開啟抽真空，待真空度達(dá)到5×10^-2Pa時(shí)，向擴(kuò)散焊爐內(nèi)充入H₂和CO混合氣體，當(dāng)爐內(nèi)壓力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)開始加熱，加熱速率為15℃/min，當(dāng)爐內(nèi)溫度達(dá)到1050℃時(shí)，對(duì)整體連接件施加12MPa軸向壓力，保溫保壓7min；整體連接件擴(kuò)散焊完成后，卸去壓力，隨爐冷卻至100℃，取出連接件，即實(shí)現(xiàn)YG15C硬質(zhì)合金與45號(hào)鋼的活化擴(kuò)散連接。

焊后接頭的測(cè)試結(jié)果為：（1）活化擴(kuò)散焊接頭無(wú)缺陷，焊合率高；（2）室溫接頭抗剪強(qiáng)度為870MPa；（3）400℃高溫下，接頭四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度為650 MPa。

實(shí)施例3

將尺寸為φ14×10mm的YG11硬質(zhì)合金與Cr12MoV鋼活性擴(kuò)散連接。

首先，將YG11硬質(zhì)合金和Cr12MoV鋼的待焊面依次進(jìn)行堿洗、酸洗、打磨和蒸餾水沖洗，確保待焊面光潔度Ra為1.25μm，冷風(fēng)吹干備用；然后，將硬質(zhì)合金與鋼的待焊面對(duì)接組裝，在對(duì)接面之間鋪設(shè)100μm厚的Cu箔，Cu箔兩側(cè)放置B₂O₃粉，裝配得到整體連接件；隨后，將整體連接件放在擴(kuò)散焊爐的上壓頭和下壓頭之間，施加1.0MPa預(yù)壓力，關(guān)閉爐門；擴(kuò)散焊爐開啟抽真空，待真空度達(dá)到10^-1Pa時(shí)，向擴(kuò)散焊爐內(nèi)充入CH₄和H₂的混合氣體，當(dāng)爐內(nèi)壓力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)開始加熱，加熱速率為12℃/min，當(dāng)爐內(nèi)溫度達(dá)到950℃時(shí)，對(duì)整體連接件施加8MPa軸向壓力，保溫保壓15min；整體連接件擴(kuò)散焊完成后，卸去壓力，隨爐冷卻至100℃，取出連接件，即實(shí)現(xiàn)YG11硬質(zhì)合金與Cr12MoV鋼的活化擴(kuò)散連接。

焊后接頭的測(cè)試結(jié)果為：（1）活化擴(kuò)散焊接頭無(wú)缺陷，焊合率高；（2）室溫接頭抗剪強(qiáng)度為645.8MPa；（3）450℃高溫下，接頭抗剪強(qiáng)度為522.0 MPa。

實(shí)施例4

將尺寸為φ14×10mm的YG11硬質(zhì)合金與45號(hào)鋼活性擴(kuò)散連接。

首先，將YG11硬質(zhì)合金和45號(hào)鋼的待焊面依次進(jìn)行堿洗、酸洗、打磨和蒸餾水沖洗，確保待焊面光潔度Ra為1.25μm，冷風(fēng)吹干備用；然后，將硬質(zhì)合金與鋼的待焊面對(duì)接組裝，在45號(hào)鋼的待焊面電鍍厚度為0.05mm 的Ni膜，Ni膜表面刷涂硼粉，裝配得到整體連接件；隨后，將整體連接件放在擴(kuò)散焊爐的上壓頭和下壓頭之間，施加1.0MPa預(yù)壓力，關(guān)閉爐門；擴(kuò)散焊爐開啟抽真空，待真空度達(dá)到10^-1Pa時(shí)，向擴(kuò)散焊爐內(nèi)充入NO₂和H₂的混合氣體，當(dāng)爐內(nèi)壓力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)開始加熱，加熱速率為12℃/min，當(dāng)爐內(nèi)溫度達(dá)到1200℃時(shí)，對(duì)整體連接件施加10MPa軸向壓力，保溫保壓25min；整體連接件擴(kuò)散焊完成后，卸去壓力，隨爐冷卻至100℃，取出連接件，即實(shí)現(xiàn)YG11硬質(zhì)合金與45號(hào)鋼的活化擴(kuò)散連接。

焊后接頭的測(cè)試結(jié)果為：（1）活化擴(kuò)散焊接頭無(wú)缺陷，焊合率高；（2）室溫接頭抗剪強(qiáng)度為685.2MPa；（3）450℃高溫下，接頭抗剪強(qiáng)度為536.3 MPa。