立方氮化硼(cubic Boron Nitride,简称c-BN)是继人造金刚石问世之后人工合成的硬度仅次于金刚石的超硬材料,它具有良好的物理化学性能,弹性模量接近金刚石,热稳定性高于金刚石,化学惰性很大并且具有很高的耐磨性,广泛用于制备砂轮及刀具,也可用于制备各种易磨损部件的耐磨涂层[1-3]。目前,c-BN制品大多采用电镀或烧结工艺制得,结合强度低,使用中c-BN颗粒极易从结合层脱落,极大降低了使用寿命[4-5]。

随着焊接技术的发展,采用钎焊技术制备的c-BN制品,c-BN颗粒与基体有较高的结合强度,可以满足其服役条件。因c-BN与金属的润湿性较差,通常采用含有Ti、Zr、Hf等活性元素的钎料进行钎焊[6-8]。本文探索使用TiZrCuNi活性钎料利用真空钎焊法制备c-BN制品。

1 实 验

试验用河南黄河旋风股份有限公司生产的A20型c-BN微粉,表面无涂层,呈琥珀色,粒度为-300目。钎料为西安瑞鑫科金属材料有限责任公司生产的TiZrCuNi合金粉末,具体成分为(质量分数)37.5%Zr,15%Cu,10%Ni,余量为Ti,粒度为-300目。所用钛合金是西北有色金属研究所生产的锻造TC4,为等轴细晶的双向组织。钎焊前所有材料须在超声清洗机里进行表面去油、去污处理。

实验在真空钎焊炉中进行,真空度为1.0×10-3～4.8×10-3 Pa。根据TiZrCuNi钎料的熔化范围831～837℃及TC4合金的β相变温度,钎焊温度为950℃,保温时间均为3 min。

“哟，你包里有什么宝贝东西？让我看看！”说着，一杭绕到雪萤身后，笑着去夺她的包。雪萤蹲在地上，把包紧紧护在胸前，生气地说：“你干什么？！”一杭自讨没趣，撇了撇嘴，走到离雪萤几米外的地方坐下来，拾起土坷垃往远处扔。

使用硬度仪对TiZrCuNi钎料进行硬度测试,硬度为611 HV,经过XRD对比分析后得知,TiZrCuNi钎料中的脆性相含量较高,在磨损过程中,当外力较大时,钎料发生脆性断裂,使得更多之前被钎料包裹的c-BN颗粒露出,随着磨损时间的增加而脱落,使得c-BN钎焊层的耐磨性降低。

图4所示为不同c-BN试样钎焊层的耐磨性能,可以看出,随着钎焊层中c-BN含量的增加,试样的磨损量先减小后增加,在c-BN含量为50%左右时,磨损量最少,耐磨性能最佳。

2 结果与讨论

2.1 界面微观结构

  

图1 TiZrCuNi钎料与c-BN钎焊后的表面形貌Fig.1 Surface topography of TiZrCuNi brazing filler metal and c-BN brazing filler metal

  

图2 钎焊后试样横截面的微观结构Fig.2 Microstructure of cross section of brazed specimens

 

表1 各点元素质量百分比Table 1 The percentage by weight of each point element (%)

  

(1)44.17 55.61 0.22 - - - 100.00(2) 43.81 54.41 0.99 - 0.27 0.52 100.00(3) 6.54 - 75.78 1.13 2.08 14.47 100.00(4) 4.81 - 40.30 9.19 12.93 32.77 100.00(5) 3.27 - 33.61 11.33 14.99 36.80 100.00(6) 2.77 - 37.30 9.67 17.37 32.89 100.00(7) - - 32.26 11.22 19.17 37.35 100.00(8) - - 34.73 11.17 18.54 35.56 100.00(9) - - 42.25 9.28 16.26 32.21 100.00(10)--45.16 8.47 15.19 31.18 100.00

图1为TiZrCuNi钎料与c-BN钎焊后的表面形貌,可以看出,钎料与TC4合金的界面结合完好,c-BN颗粒嵌入到TiZrCuNi钎料金属中,有利于增强试样的耐磨性。图2是钎焊后试样横截面的微观结构,并且在界面处进行能谱分析,各点内容见表1。从表1可以看出,TiZrCuNi和TC4合金之间的界面处的元素呈现梯度分布,并且合金化层形成在它们之间的界面处。TiZrCuNi钎料中的Ti、Zr、Cu元素含量呈现梯度分布,在TC4侧附近含量最高,并向TC4一侧发生少量扩散。TC4合金中的Ti元素向钎料一侧扩散并少量溶解,使得基体中的Ti元素呈现梯度分布。

2.2 钎焊层与基体的结合强度

  

图3 不同c-BN试样与基体的结合强度Fig.3 Bonding strength of different c-BN samples to matrix

At last, the woman was out of danger. And the bill arived at her room. She was afraid to open it, for she was sure it would take the rest of her life to pay for it all.

2.3 钎焊层的耐磨性

采用光学显微镜、扫描电镜及能谱仪分析TiZrCuNi活性钎料与c-BN颗粒之间的微观界面,在拉伸试样机及磨损试样机上对结合强度和耐磨损性能进行检测分析。

综上所述,在妇产护理中进行孕期健康教育,有利于自然分娩率的提高,有利于孕妇和婴儿生命的保障,降低并发症的产生,提高孕妇的护理满意度,具有较高的临床推广价值。

图3 所示为不同c-BN试样与基体的结合强度,由图可知,制备的c-BN钎焊层的结合强度随钎焊层中c-BN颗粒体积含量的增加而降低。当c-BN颗粒在c-BN钎焊层中的体积分数为30%时,结合强度为149 MPa时,断裂主要发生在c-BN钎焊层中,只有少数发生在界面处。当c-BN钎焊层中c-BN颗粒的体积分数为70%时,c-BN钎焊层的结合强度为60 MPa,与c-BN颗粒的体积分数为60%时相比明显下降,是由于钎焊层中钎料含量低,降低了c-BN颗粒的润湿率,使c-BN钎焊层在拉力作用下从内部断裂。在钎焊过程中产生硼、氮化合物和其它化合物也由于高脆性和高硬度而导致钎焊层的低结合强度。

将c-BN按体积分数30%、40%、50%、60%、70%与TiZrCuNi钎料均匀混合成5组混合料,分别均匀涂覆于TC4试样表面制备成磨损试样,然后填装入内径为Φ6 mm的石墨模具中,模具两端未封闭,将Φ6 mm×50 mm的TC4合金棒装入模具两端,将试样置于钎焊炉中进行真空钎焊。

钎焊层中TiZrCuNi钎料含量较高时,钎料在磨损试验中磨损量较大,钎料对c-BN的包覆减少,导致c-BN颗粒脱落量增加。当c-BN含量较高时,在摩擦力的作用下,裸露的c-BN颗粒会随着磨损时间的延长而脱落,使c-BN钎焊层的耐磨性降低。

  

图4 不同c-BN试样钎焊层的耐磨性能Fig.4 Wear resistance of brazing layer of different c-BN sample

3 结 论

(1)TiZrCuNi钎料中的Ti元素在c-BN颗粒周边富集,与c-BN颗粒表面B和N元素发生反应,形成TiB2和TiN。

(2)随着钎焊层中c-BN颗粒体积含量的增加,c-BN钎焊层与基体之间的结合强度降低。

国内重点高校工程管理专业多采用教师授课和期末测试为主的单一教学方法，并且对信息化教育方式的应用停留在表面。同时，民办应用型本科院校由于教育资金有限，教学设施不配套，另外，专业教师缺乏实际工程经验，很难将案例教学有效的应用到工程管理教学中，没有建立切实可行的校企合作产学模式，因而严重制约了创新型和实用型工程管理人才的培养。

(3)随着c-BN颗粒体积含量的增加,试样的磨损量先减少后增加,在c-BN体积分数为50%左右时,钎焊层的抗磨损性能最佳。

参考文献

[1] 王光祖.立方氮化硼(cBN)特性综述[J].超硬材料工程,2005(5):41-45.

[2] 王瑾,赵亮.超硬涂层材料性能及其应用研究[J].铸造技术,2013,34(6):683-685.

[3] 卢广林.立方氮化硼仿生耐磨复合材料的制备及其研究[D].长春:吉林大学,2011.

[4] 张旺玺,卢金斌.立方氮化硼材料的制备、性能及应用[J].中原工学院学报,2011,22(2):25-28.

[5] 贾宝华.放电等离子烧结技术制备c-BN/Cu基复合材料的研究[D].长春:吉林大学,2008.

[6] 王毅.Cu-Ni-Sn-Ti性钎料的研究及其与c-BN的连接[D].长春:吉林大学,2011.

[7] 卢广林,汪春花,王毅,等.Ag基钎料钎焊立方氮化硼的焊接性与微观结构[J].吉林大学学报(工学版),2007(05):1088-1092.

[8] 高凯.TC4表面c-BN耐磨层的真空钎焊及性能研究[D].西安:西安建筑科技大学,2016.