Microstructure and Shear Strength of Diamond/Cu Alloy Joint Brazed with Ag-Cu-Sn-Cr Filler Metal

GAO Feng; XING Xiukuan; WANG Guoqiang; ZHONG Zhihong

doi:10.7512/j.issn.1001-2303.2024.02.09

Welding Technology | Views : 0 下载量: 1292 CSCD: 0

PDF
Export
Share
Collection
Album

Microstructure and Shear Strength of Diamond/Cu Alloy Joint Brazed with Ag-Cu-Sn-Cr Filler Metal
Vol. 54, Issue 2, Pages: 58-63(2024)
Received：25 April 2023，

Revised：2024-01-10，

Published：25 February 2024
DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2024.02.09
稿件说明：

移动端阅览

高峰，邢秀宽，王国强，等.Ag-Cu-Sn-Cr真空钎焊金刚石/铜合金接头微观组织与剪切强度［J］.电焊机，2024，54（2）：58-63. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2024.02.09.

GAO Feng, XING Xiukuan, WANG Guoqiang, et al.Microstructure and Shear Strength of Diamond/Cu Alloy Joint Brazed with Ag-Cu-Sn-Cr Filler Metal[J].Electric Welding Machine, 2024, 54(2): 58-63. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2024.02.09.

摘要

采用Ag-Cu-Sn-Cr活性钎料，将金刚石膜片与铜合金进行了钎焊连接。研究分析了钎焊温度对连接接头微观组织及接头力学性能的影响。结果表明，钎料与金刚石的界面结合良好，钎料中的Cr与金刚石发生反应并在界面处形成Cr

碳化物。钎缝中心主要由Cu基固溶体、Ag基固溶体、Cu

Sn金属间化合物和Cr组成。当钎焊温度在780~840 ℃范围时，随着温度的提高，界面反应层逐渐增厚，钎焊接头剪切强度先升高后降低。在最佳的钎焊温度820 ℃和保温时间15 min下，接头剪切强度达到最高值147 MPa。通过优化钎焊温度，成功实现了金刚石膜片与铜合金的可靠连接。该方法可为实际工业生产中硬脆材料与金属的连接提供新的思路与技术途径。

Abstract

The diamond film was brazed with copper alloy using Ag-Cu-Sn-Cr active brazing material. The study analyzed the effect of brazing temperature on the microstructure and mechanical properties of the joint. The results indicate that the interface between the brazing material and diamond is well bonded

and Cr in the brazing material reacts with diamond to form Cr

carbides at the interface. The center of the brazing seam is mainly composed of Cu based solid solution

Ag based solid solution

Sn intermetallic compound

and Cr. When the brazing temperature is in the range of 780~840 ℃

as the temperature increases

the interface reaction layer gradually thickens

and the shear strength of the brazed joint first increases and then decreases. At the optimal brazing temperature of 820 ℃ and holding time of 15 minutes

the maximum shear strength of the joint reached 147 MPa. By optimizing the brazing temperature

reliable connection between diamond film and copper alloy has been successfully achieved. This method can provide new ideas and technical approaches for the connection between hard and brittle materials and metals in actual industrial production.

关键词

Keywords

references

王伟华，代兵，王杨，等 . 金刚石光学窗口相关元件的研究进展［J］. 材料科学与工艺， 2020 ， 28 （ 03 ）： 42 - 57 .

WANG W H ， DAI B ， WANG Y ， et al . Recent progress of diamond optical window-related components ［J］. Materials Science and Technology ， 2020 ， 28 （ 03 ）： 42 - 57 .

Clauser G ， Valle A . Laser Welding Explained ［J］. Industrial Diamond Review ， 1987 ， 47 （ 522 ）： 207 - 208 .

卢金斌，徐九华 . Ag-Cu-Ti钎焊金刚石的界面结构及热应力分析［J］. 稀有金属材料与工程， 2009 ， 38 （ 04 ）： 642 - 646 .

LU J B ， XU J H . Interface Microstructure and Thermal Stress of Diamond Brazing with Ag-Cu-Ti Filler ［J］. Rare Metal Materials and Engineering ， 2009 ， 38 （ 04 ）： 642 - 646 .

徐锦锋，张晓存，党波，等 . Ag-Cu-Sn三元合金钎料的快速凝固组织与性能［J］. 焊接学报， 2011 ， 32 （ 2 ）： 85 - 88 .

XU J F ， ZHANG X C ， DANG B ， et al . Microstructure and properties of rapidly solidified Ag-Cu-Sn ternary brazing fillers ［J］. Transactions of The China Welding Institution ， 2011 ， 32 （ 2 ）： 85 - 88 .

Li W C ， Liang C ， Lin S T . Epitaxial interface of nanocrystalline TiC formed between Cu-10Sn-15Ti alloy and diamond ［J］. Diamond and Related Materials . 2002 ， 11 （ 7 ）： 1366 - 1373 .

Lu J B ， Cao Z Y ， Qi F J ， et al . Evolution of interface carbide diamond brazed with filler alloy containing Cr ［J］. Diamond and Related materials ， 2018 ， 90 ： 116 - 125 .

张超，侯桂贤，钟志宏，等 . Ag-Cu-Ti+W复合钎料钎焊SiC陶瓷的接头性能研究［J］. 电焊机， 2021 ， 51 （ 5 ）： 97 - 102 .

ZHANG C ， HOU G X ， ZHONG Z H ， et al . Properties of the joint of Si C ceramics brazed by Ag-Cu-Ti+W composite filler ［J］. Electric Welding Machine ， 2021 ， 51 （ 5 ）： 97 - 102 .

Li H ， Li K ， Fan Y ， et al . Influence of brazing temperature on interfacial reaction layer characteristics of Cu-Sn-Ti/diamond composites ［J］. Diamond and Related Materials ， 2022 ， 128 ： 109276 .

Chen Y ， Fu Y C ， Su H H ， et al . The effects of solder alloys on the morphologies and mechanical properties of brazed diamond grits ［J］. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials ， 2014 ， 42 ： 23 - 29 .

Chen J ， Liao X ， Lin Q ， et al . Reactive wetting of binary Sn Cr alloy on polycrystalline chemical vapour deposited diamond at relatively low temperatures ［J］. Diamond & Related Materials ， 2019 ， 92 ： 92 - 99 .

Li M ， Chen J ， Lin Q ， et al . Interfacial microstructures and mechanical integrity of synthetic diamond brazed by a low-temperature Cu-Sn-Cr filler alloy ［J］. Diamond and Related Materials ， 2019 ， 97 ： 107440 .

Lu J ， Cao Z ， Qi F ， et al . Evolution of interface carbide diamond brazed with filler alloy containing Cr ［J］. Diamond & Related Materials ， 2018 ， 90 ： 116 - 125

Ye D L ， Hu J H . Handbook of Practicality Inorganic Thermodynamics ［M］. Metallurgical Industry Press ， Beijing ， 2002 .

Wicks C E ， Block F E . Thermodynamic Properties of 65 Elements： Their Oxides， Halides， Carbides and Nitrides ［J］. Albany ， OR （USA）， Albany Metallurgy Research Center， 1961 .

Zwilsky K M ， Langer E L . Metals Handbook ［M］. ASM International ， 1982 .

龙伟民，郝庆乐，傅玉灿，等 . 金刚石工具钎焊用连接材料研究进展［J］. 材料导报， 2020 ， 34 （ 23 ）： 23138 - 23144 .

LONG W M ， HAO Q L ， FU Y C ， et al . Research Progress of Filler Metals for Brazing Diamond Tools ［J］. Materials Reports ， 2020 ， 34 （ 23 ）： 23138 - 23144 .

编辑部网址： http：//www.71dhj.com http://www.71dhj.com