3.5 金刚石与硬质合金的焊接

3.5.1 采用Co-Si合金焊接金刚石与硬质合金

(1)连接方法 采用Co-20%Si合金作为结合剂,以烧结的方法将金刚石与硬质合金连接在一起。烧结条件:加热温度1450℃,压力6GPa,烧结时间3min、5min。

(2)金刚石层中化学成分分布 表3-26为不同烧结时间(A、B的烧结时间分别为3min、5min)下,与金刚石-结合剂界面不同距离处(1、2为金刚石-结合剂界面附近,3、4依次与金刚石-结合剂界面间距逐渐增大)的Co、Si的分布。可以看到与金刚石-结合剂界面相距越近Si含量越高,而Co含量则相反,说明Si对金刚石(C)的亲和度较高。

表3-26 不同烧结时间与金刚石-结合剂界面不同距离处的Co、Si的分布

(3)金刚石与Co-20%Si合金的结合 图3-60所示为烧结时间5min时的X射线衍射谱线,可见形成了SiC,SiC层的厚度大约为0.2μm。形成SiC的数量与烧结时间有关,烧结时间越长,SiC生成量越多。与采用含Ti的结合剂相比,显然,采用含Si的合金需要加热时间长一些。

图3-60 烧结时间5min时的X射线衍射谱线

此外,硬质合金WC也有向Co-20%Si合金扩散的可能,这也增大了金刚石与硬质合金的连接强度。

3.5.2 采用Ag-Cu-Ti合金焊接金刚石与硬质合金

(1)焊接方法 先将金刚石采用化学沉积的方法在其表面镀厚度为30μm的金属化膜,然后采用Ti箔和Ag-Cu共晶合金箔作为中间层置于金刚石镀膜与硬质合金(WC+8%Co)之间,即依次为金刚石镀膜/Ti箔/Ag-Cu共晶合金箔/硬质合金。在真空辐射加热扩散机上进行焊接。焊接条件是:真空度2.5×10-3Pa,加热温度880℃,保温时间30min,加压10MPa,焊后冷却速度30℃/min。

(2)中间层材料对接头强度的影响 如果仅仅使用Ti作为中间层,不能够实现金刚石与硬质合金的连接,因为虽然Ti可以与金刚石的C形成TiC,但是,由于金刚石与硬质合金之间的线胀系数相差太大,在两者之间形成较大的内应力,导致连接界面分离。

在加入一定厚度的Ag-Cu共晶合金箔作为中间层之后,由于Ag-Cu合金具有较好的塑性,缓解了接头的内应力,从而提高了接头强度。