【摘 要】
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金刚石是由碳元素组成,在晶体结构中,碳原子之间形成共价键,这些共价键组成了金刚石特殊的正四面体结构。由于金刚石具有这种特殊的晶体结构,因此金刚石具有高的耐磨性和化学稳定性等优点。金刚石工具被广泛应用于硬质材料的加工如陶瓷,石材等。为了制备金刚石工具,本文对金刚石与Q235钢进行了连接。首先提出了在Q235钢表面进行复合钎料的金属化熔覆,熔覆层再与金刚石间接钎焊的方法。对比分析了金刚石直接钎焊和间接
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金刚石是由碳元素组成,在晶体结构中,碳原子之间形成共价键,这些共价键组成了金刚石特殊的正四面体结构。由于金刚石具有这种特殊的晶体结构,因此金刚石具有高的耐磨性和化学稳定性等优点。金刚石工具被广泛应用于硬质材料的加工如陶瓷,石材等。为了制备金刚石工具,本文对金刚石与Q235钢进行了连接。首先提出了在Q235钢表面进行复合钎料的金属化熔覆,熔覆层再与金刚石间接钎焊的方法。对比分析了金刚石直接钎焊和间接钎焊对于金刚石宏观形貌的影响,研究了不同工艺参数和GNPs(石墨烯纳米片)含量对于Q235/Diamond间接钎焊接头微观组织和力学性能的影响。结合金刚石界面微观组织的演变和力学性能的变化,分析了GNPs在钎焊过程中的作用机理。采用超声振动辅助的方式制备了Ni-Cr+x wt%GNPs(x=0,1,2,4)的复合钎料粉末。复合钎料的熔化温度为890℃,在超声振动过程中,钎料粉末与加入的GNPs之间并没有发生冶金反应,复合钎料的熔点没有发生改变。在1050℃/10min的钎焊条件下,使用制备的复合钎料对Q235钢表面进行金属化熔覆,结果表明,Q235钢与金属化层结合良好,金属化层中主要含有Ni(Fe,Cr)固溶体,Ni3P和Ni-Fe-Cr。当钎料中添加GNPs时,金属化层中出现Cr3C2化合物,随着GNPs含量的逐渐升高,Cr3C2化合物逐渐长大,含量增多,复合钎料金属化层的硬度随着石墨烯含量的升高,逐渐增加。采用Ni-Cr+2 wt%GNPs的金属化层在970℃-1100℃实现了金刚石与Q235钢的钎焊连接。金刚石表面碳化物主要有两种,分别为Cr3C2和Cr7C3。钎焊的焊接温度和保温时间对于金刚石宏观形貌的变化,金刚石界面碳化物的演变和力学性能具有较大的影响。随着钎焊温度的升高和保温时间的延长,钎料对金刚石的包裹程度逐渐升高,金刚石出露度逐渐减小,界面处碳化物逐渐由扇贝状的Cr3C2转变为棱柱状的Cr7C3。在1050℃/10min的钎焊条件下,金刚石的摩擦磨损强度达到最高,磨损量为0.264g。在最佳的工艺参数(1050℃/10min),通过改变复合钎料中GNPs的含量实现了金刚石与Q235钢的钎焊连接,研究了GNPs含量对于金刚石接头碳化物的演变和力学性能的影响。GNPs的加入显著改变了界面碳化物的形貌。当钎料中不添加石墨烯时,界面碳化物的形貌主要为长条状,随着石墨烯含量的进一步增加,短棒状碳化物逐渐增多,当石墨烯含量达到4%时,界面处短棒状化合物进一步转变为针状碳化物,并且部分针状碳化物的结构为空心结构。复合钎料与Q235在金属化过程中,界面生成弥散分布的Cr-C化物,在金刚石间接钎焊过程中,这些Cr-C化合物均匀分布在钎焊接头处,接头中Cr-C化合物由于其较低的热膨胀系数,在接头处起到了保护层的作用,缓解了界面中产生的残余应力,提高了接头的强度。
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