(1.郑州机械研究所新型钎焊材料与技术国家重点实验室，郑州450001；2.哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室，哈尔滨150001；3.江苏科技大学材料科学与工程学院，江苏镇江212003；4.河南工业大学材料科学与工程学院，郑州450001；5.河南黄河旋风股份有限公司，河南许昌461500)

龙伟民1高雅1何鹏2吴铭方3栗正新4王裕昌5



钎焊技术在金刚石工具中的应用

(1.郑州机械研究所新型钎焊材料与技术国家重点实验室，郑州450001；2.哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室，哈尔滨150001；3.江苏科技大学材料科学与工程学院，江苏镇江212003；4.河南工业大学材料科学与工程学院，郑州450001；5.河南黄河旋风股份有限公司，河南许昌461500)

龙伟民

龙伟民1高雅1何鹏2吴铭方3栗正新4王裕昌5

简要介绍了金刚石工具、工具分类及其制造过程中用到的钎焊技术，分析了金刚石颗粒与基体的连接原理与形式，就金刚石工具行业国内外发展状况评述了钎焊技术的相应发展，阐述了预合金粉末的扩散钎焊现象及有益作用，探讨了钎焊材料、钎焊工艺和钎焊设备的协同规律，提出了金刚石工具行业钎焊技术的发展方向，为国内金刚石工具和焊接行业发展研究提供参考。

金刚石金刚石工具钎焊材料钎焊技术

1 金刚石工具及其分类

金刚石是集多种优异性能于一身的功能材料，它是迄今为止所发现的硬度最高的天然材料，它独特的光学、热学、力学特性又强化了它在功能材料中的地位。金刚石分为天然金刚石和人造金刚石两大类，其中人造金刚石又有单晶和聚晶之分，这三类金刚石均可用于制造金刚石工具。

近几年，全球人造金刚石产量已达到150亿克拉，中国的人造金刚石产量稳居世界第一。中国的金刚石工具后发先至，近二十年得到了飞速发展，不仅产量居世界第一，而且发展了品种齐全的新型工具。

金刚石工具的应用领域非常广泛，主要用于石材加工、陶瓷改型、地质钻探、石油钻井和矿业开采行业，在建筑、建材、机械加工、光学玻璃和珠宝加工及电子电器行业也有重要地位[1]。现代制造业对金刚石工具的需求越来越多，高端装备制造更是越来越依赖金刚石刀具的发展，高速、超速、高精、超精切磨，尤其是硬脆和高硬材料的加工已经离不开金刚石工具[2]。根据用途，可将金刚石工具分为锯切工具、磨抛工具、刀具、钻探工具、拉丝模等。

金刚石锯切工具按照形状分为金刚石圆锯片、金刚石排锯、金刚石绳锯、金刚石线锯、金刚石内孔锯等[3]。金刚石圆锯片是目前石材、建筑行业使用最普遍的锯切工具，广泛应用于花岗岩、大理石、陶瓷、混凝土等制品的切割。在绿色制造大潮中，金刚石圆锯片向多片组合锯方向发展，组合锯与排锯是典型；排锯是将几十根金刚石锯条并排安装在锯机的框架上，切割效率比通常使用的加砂大锯高数倍，切出的板料截面光滑平整，可显著减少磨抛工作量。金刚石绳锯一般应用于花岗岩、大理石矿山的荒料开采、钢筋混凝土或金属结构件的切割，并逐步过渡到异形石材和板材的加工。金刚石线锯能够对硬脆材料进行精密、窄锯缝切割，广泛应用于半导体和光伏电池切片加工，并在陶瓷、石英、木材等加工中显示出独特优势。

金刚石磨抛工具是指用结合剂将金刚石粘结成具有一定几何形状的磨具的总称，金刚石磨具磨削光洁度高、工作效率高、加工成本低、产品的使用寿命长。常见的金刚石磨具有磨盘、磨块、磨头、磨碗、滚筒、滚轮、磨边轮、铣磨轮、正切轮、珩磨轮、珩磨条、珩磨块等等。

金刚石刀具的特点是硬度和耐磨性极高、弹性模量高、摩擦系数低、热膨胀系数低、传热好，以及与有色金属粘结性小等优点。既可用于非金属硬脆材料(如陶瓷、石墨、复合材料等)的加工，亦可用于韧性有色金属材料(如铜合金、铝合金等)的精密加工。金刚石刀具类型繁多，各种刀具的使用性能差别较大，其结构、制备方法和应用领域有较大区别。常见的金刚石刀具有金刚石车刀、金刚石铣刀、金刚石镗刀、金刚石拉刀、金刚石钻头以及金刚石成形刀具。

金刚石钻头是先进的钻探工具，金刚石钻头的钻进效率高、钻孔质量好、施工劳动强度比较轻、钻探成本低。金刚石钻头按用途主要分为石油钻头、煤炭钻头、地质勘探钻头、工程勘探钻头、工程薄壁钻头、玻璃钻头、复合材料钻头等。

2 金刚石连接的形式

由于金刚石制造技术所限，单颗粒金刚石的尺度较小，金刚石常以细微颗粒甚至是微粉形态供应，这为金刚石的使用带来难题。由于金刚石只有依附于基体材料才能充分发挥其优异性能，其与基体材料的连接成为应用的关键。

金刚石与大多数金属材料存在天然的“格格不入”之特性，物理性质方面金刚石与其它材料物性不匹配，化学性质方面冶金不相容，金刚石连接受到限制。

金刚石的工业应用初期，机械镶嵌是主要形式，比如金刚笔、玻璃刀等，这类工具要求使用大颗粒金刚石。

对于粒度不大的金刚石，机械镶嵌几乎不可能，电镀镀层固定镶嵌应运而生。电镀金刚石工具的一般流程如下：工具胎体加工 尺寸检查 机械处理 除油 酸洗 绝缘处理 除锈 冷热水洗 阳极腐蚀 冷热水洗 电镀 上金刚石 加厚镀层 出槽清洗 除氢 检验 成品工具。

电镀金刚石的把持强度不高、金刚石出露高度较低，影响金刚石的切削力和锋利度，钎焊金刚石工具弥补了这类缺陷[4]。钎焊金刚石工具又分为表镶和孕镶两类，表镶工具是将金刚石直接钎焊于基体表面，孕镶工具是将金刚石与其他材料烧结成复合体。金刚石复合体的烧结过程实质是金刚石与基体材料之间的扩散钎焊过程。将金刚石与硬质合金热压成为复合片(PDC)，金刚石连接即转为硬质合金的连接。

3 钎焊技术在金刚石工具中的呈现形式

金刚石胎体(俗称刀头)烧结过程中也是一个扩散钎焊过程[5]。金刚石工具的钎焊分为单层金刚石工具钎焊、金刚石刀头钎焊和PDC复合片钎焊三大类。

金刚石刀头热压或冷压烧结过程是典型的扩散钎焊过程。在金刚石刀头制作的初期，一般是采用低温金属粉的熔化扩散钎焊高温金属粉，进一步镶嵌把持金刚石；随着技术发展，出现了含碳化物形成元素(铬、钛、钒、钼等)的活性预合金粉末，通过活性预合金粉末与金刚石反应形成碳化物实现扩散钎焊或钎焊连接，碳化物的形成缓慢，是预合金粉中的活性元素与金刚石中的碳元素相互扩散迁移的过程，需要在一定温度下保温较长时间以实现原子扩散和反应，因此热压烧结工艺更易实现这种扩散[6]。

单层金刚石工具的钎焊一般采用活性钎料或镍基钎料，通过强碳化物形成元素或合金，实现胎体材料与金刚石之间的化学冶金结合，提高了钎料层对金刚石的把持力[7]。单层钎焊法的工具中金刚石出露比例大又不易脱落，因此单层钎焊金刚石工具切割锋利、排屑好。通过金刚石有序排列，不仅实现了工具表面金刚石层的合理排布，充分发挥金刚石的切割作用，而且使金刚石用量大大减少，降低工具成本，提高切削效率。

金刚石刀头的钎焊有其独特性，首先刀头是粉末冶金制品，刀头存在无数的毛细孔；其次刀头是烧结制品，刀头表面和内部都存在氧化物；再次刀头成分不尽相同，对钎焊材料和钎焊工艺的要求千差万别。

由于PCD允许的加热温度受限制(一般耐热温度不高于720～780℃)，钎焊材料主要选用银基钎料，而通用的银基钎料耐热温度较低、对金刚石和碳化物的润湿性差。目前已经有专用的PDC工具钎焊材料，通过提高钎料高温强度和疲劳性能并调控合理的钎焊工艺，可以满足PDC钎焊的要求[8]。

4 金刚石胎体烧结过程中的扩散钎焊

1930年后，开始利用粉末冶金原理制作金刚石圆锯片，初期的工具主要由金刚石、高熔点骨架金属粉、低熔点单质金属粉和填充材料烧结形成，其中低熔点金属粉作为钎料使用。1960年后，金刚石工具迅速发展，越来越多的单位开始系统研究胎体粉末，尤其是预合金形式的粉状钎料在金刚石工具中的扩散钎焊作用得到越来越广泛的关注。

在金刚石工具的使用过程中，大量金刚石由于胎体磨损而脱落流失，而非金刚石本身磨损失效，金刚石的利用率比较低。这是因为传统的金刚石刀头制造是靠胎体对金刚石的机械包镶作用固定金刚石，由于金刚石与一般胎体金属材料不润湿，在使用过程中胎体被磨损到金刚石出露一定高度时，金刚石极易与金属胎体剥离，大大降低了金刚石工具使用性能及寿命。提高胎体对金刚石包镶能力是避免金刚石过早脱落最有效的技术措施，前期主要通过胎体粉末相变产生的机械挤压包镶作用提高把持力；近二十年，活性预合金粉末与金刚石化学冶金结合的研究持续升温[9]。

在预合金粉末中添加镍、钛、锆、钒、铬、钼、钨等强碳化物形成元素，一方面可以提高合金对金刚石的浸润性，通过烧结过程的扩散钎焊作用提高胎体与金刚石之间的化学结合力，以增加金刚石在磨削过程中的出刃高度，提高切磨效率和金刚石的利用率；另一方面，预合金粉末作为粉状钎料提高了金刚石刀头的稳定性和一致性。新型钎焊材料与技术国家重点实验室根据粉末扩散钎焊机理，对粉状钎料进行系统研究，研发了FBAg625，FBAg737，FBCu14，FBCu17，FBCu18，FBCu70，FBCu423等系列银基和铜基粉状钎料。

由于预合金粉末的熔化温度范围与金刚石刀头烧结温度相适应，热压烧结过程就是扩散钎焊过程，冷压烧结过程是瞬间液相扩散焊过程，无论热压还是冷压工艺均可实现高熔点元素在中温环境下与金刚石润湿反应。

活性预合金粉末取代单质金属粉末用于孕镶金刚石复合体的钎焊性烧结，破解了金刚石工具胎体金属粉混合不均匀、低熔点元素易流失、高熔点活性元素作用弱、高蒸汽压元素易挥发、组元结构性偏聚、结合强度不稳定等技术瓶颈。将基体对金刚石镶嵌的机械把持作用连接优化为镶嵌/钎焊复合连接，提高了金刚石出刃高度和锋利度，采用新型钎焊材料与技术国家重点实验室研发的预合金粉末制备的刀头切割花岗岩时，切割速度可提高1.5～2倍，锯片寿命延长1.2～1.6倍。

5 单层金刚石工具的钎焊

单层金刚石工具的直接钎焊，主要应用于砂轮修整笔、测量量具、石材工具、宝石或玻璃雕刻工具和金刚石砂轮、金刚石磨轮、金刚石锉刀的制造[10]。钎焊工艺可实现金刚石、钎料和金属基体的冶金结合，具有较高的连接强度，金刚石的出刃高度远大于电镀工艺，因而钎焊单层金刚石工具锋利、容屑空间大，使用过程中不易堵塞，金刚石磨粒的利用率高。

大多数钎料合金难以润湿金刚石，且金刚石在高温下容易被石墨化和氧化，受金刚石石墨化转变温度所限，即便在真空环境中金刚石钎焊温度也不宜超过1 050℃[11]。钎焊金刚石可供选择的钎料种类少，所选的钎料既要保证与金刚石有良好的润湿，能与金刚石产生化学冶金结合作用；同时又要保证金刚石的锋利度，钎料不能对金刚石有过度的侵蚀；此外，钎料的磨损性能还要与被加工材料相适应，以保证金刚石最佳的出露高度和较长的使用寿命。

钛、锆、铬、钒等碳化物形成元素，能很好地浸润金刚石，但是它们的熔化温度太高，在高温下金刚石将严重石墨化；钴、铁、铝在液态时能有效润湿金刚石，但在可润湿温度区间对金刚石有剧烈的侵蚀作用[12]。目前常采用两种工艺来提高钎料对金刚石的润湿性及减少金刚石的热损伤，一种是在常规合金钎料中添加某些活性元素以改善对金刚石的润湿性和亲和力；另一种方法是在金刚石表面镀覆金属，在采用高熔点钎料钎焊时，表面金属可有效保护金刚石减少其热损伤，同时改善了钎料对金刚石表面的润湿性。

在常规合金钎料中加入活化元素形成新钎料有两大类，铜基和银基系列有Ag-Cu合金钎料[13-14]、Cu-Sn合金钎料[15]和Ni-Cr合金钎料[16-17]。采用Ag-Cu，Cu-Sn低熔点合金钎料，主要是考虑减少金刚石的热损伤，但是钎焊后的工具强度低，难以实现强力磨削。采用Ni-Cr合金钎焊的金刚石工具，具有良好的耐磨削性能和耐高温性能。

钎焊单晶或单层金刚石工具工艺方法有[18-19]：真空炉中钎焊、激光钎焊和气保护高频感应钎焊。真空炉中钎焊生产效率高，而且加热均匀，可以焊接结构复杂、尺寸较大的工件；激光钎焊是利用激光束作为焊接热源，焊接时工件局部受热快，金刚石在高温状态下的停留时间短，可有效避免金刚石发生石墨化转变；气保护高频感应钎焊利用高频感应，同时对基体和钎料合金进行加热，加热温度高，加热速度快，温度容易控制，可以局部加热，容易实现自动控制。

6 金刚石刀头与基体的钎焊

金刚石刀头与基体常以钎焊方式连接制造成金刚石工具，日常见到的各类锯、切、磨、钻工具均以钎焊连接为主。这类工具形式多种多样，但连接接头有其共性，即粉末冶金制造的多孔复杂复合体与合金钢的钎焊[20]。

金刚石工具工作条件比较恶劣，其一般在高速、振动、高温环境下使用，因此金刚石刀头的钎焊难度较大。为提高金刚石工具的工作效率，对其切削速度和进刀量的要求也不断提高，这就要求金刚石工具具有更高的钎缝强度。在提高钎缝强度的技术途径中，钎焊材料与钎焊工艺互为依托、互相促进；在提高钎焊效率的技术途径中，钎焊工艺与钎焊设备互为支撑、互相促进。

钎料的熔化温度与刀头的烧结密切相关，应根据烧结温度选择钎料熔化温度；钎料的强度选择应参照工具的使用条件。金刚石刀头与基体钎焊时钎焊材料应该满足下列条件：钎料熔化温度应在850℃以下，并且越低越好；钎料对金刚石刀头胎体材料和工具基体具有良好的润湿性和适中的流铺性；钎料还应具有良好的疲劳性能和稳定性，能承受300～400℃的瞬时高温；钎焊工艺操作简便，可采用通用的感应钎焊或火焰钎焊。

钎焊工艺对金刚石工具钎焊接头的力学性能影响因素主要有焊片厚度、焊前处理、加热时间、加热速度、保温时间、焊后处理等。这些因素决定了润湿状况、气孔率、夹杂率、钎缝厚度和钎焊热影响区的残余应力等。

焊片厚度影响接头钎缝厚度，从而影响钎焊接头的抗剪强度和疲劳强度。试验研究表明：采用相同钎料成分和钎焊工艺钎焊金刚石工具时，钎缝厚度在0.20～ 0.28 mm之间时，钎缝的综合性能较好(复焊时钎料厚度可以降到0.15 mm)。当钎缝厚度较小时，钎料对刀头和工具基体的结合面润湿不充分，导致钎着率不高，钎缝强度较低；同时，钎焊过程中刀头中的锡、铅、铝、铁、钨、钛等元素向焊缝扩散、溶解，促使钎缝组织脆化，降低接头强度。当钎缝厚度过大时钎缝中容易产生气孔，减小有效钎接面积，降低抗剪强度。

钎缝的形成与整个加热过程密切相关，加热速度、钎焊温度、保温时间、冷却速度等因素会影响润湿性和钎焊接头的气孔率，从而改变接头的力学性能。生产过程中，常为提高工作效率而使用较高的加热速度，加热速度过高会造成接头具有较大的残余应力，影响焊缝力学性能。由于金刚石刀头中各组元的线膨胀系数有较大差异，例如碳化钨、钨、铬的线膨胀系数小，而锌、铅、锡、锰、钴等元素的线膨胀系数大，各组元受热后产生的形变不同而产生内应力。但过低的加热速度不仅造成生产效率低下，同时也加剧钎缝金属的氧化，对金刚石工具接头产生不良影响。解决加热速度的难题可采用两级加热工艺，先将工件加热到400～500℃，保温一定时间再继续升温焊接。钎焊温度对接头力学性能具有一定的影响，当钎焊温度过高时，钎料中的锌元素蒸发造成气孔，同时钎料易氧化产生夹渣导致接头强度降低；钎焊温度过低时，钎料的流动性差，易产生夹渣、造成假焊，也使接头强度降低。

钎焊过程中高频振动可以提高钎着率、消减残余热应力。导磁体驱流技术[19]可以提高能效、降低能耗，并提高工作效率。

钎焊的前、后处理对钎焊质量具有重要影响。焊前需对钎焊表面进行修磨去除氧化层，要求修磨后的刀头和基体配合部分缝隙均匀，常用的清除表面氧化层的方法有磨光机磨削、修锉和喷砂等。焊后的金刚石工具应采取缓冷或保温措施，尽量降低焊后冷却速度，有利于减小焊后热应力，生产中较经济的办法是用石棉保温。焊后工件表面通常残留有大量氧化渣和钎剂，应采用喷砂等方式将其清理干净以避免钎剂对工件的腐蚀。工件清理完毕，需检查钎缝的焊接质量，焊接质量较好的钎缝表面平滑、光洁、呈弧状，且无明显气孔和裂纹。

7 金刚石复合片的钎焊

聚晶金刚石复合片(Polycrystalline Diamond Compact，简称PDC复合片)是由金刚石微粉与粘结剂在高温高压条件下和硬质合金烧结复合而成的复合晶体。PDC复合片具有高耐磨性、高弹性模量、高硬度、各向同性和相对高的热导率等优点，PDC工具已经成为石油钻采钻具、煤炭开采钻头、高速高精机械切削刀具等高端工具的首选材料。钎焊是PDC工具制造的关键工序之一，PDC的广泛应用给钎焊技术提出了更高的技术要求。

PDC刀具钎焊的本质是硬质合金与刀具钢体的钎焊，由于硬质合金和刀具钢体均具有较好的钎焊性能，PDC刀具在钎料及钎焊工艺方面具有较宽的选择范围，钎料可采用银基钎料或铜基钎料，工艺可采用感应加热、火焰加热等方法，高频感应钎焊凭借其环境污染小、生产效率高等优点成为目前世界各国主要采用的PDC工具钎焊方法。

由于PDC工具的高精度和高强度特点，钎焊精度、钎缝强度和钎缝质量成为技术关键。PDC工具的失效形式主要有三类：PDC复合片从工具基体上脱落；复合片本身崩裂；工具基体的损坏。针对三类失效形式，通过优化的钎焊材料和适宜的钎焊工艺保障PDC工具的质量。

目前已经有商品化的PDC专用钎料，这类钎料的共性特点就是含银量较高，并含有镍、锰、钴等元素，对硬质合金的润湿性好，钎焊强度高，固液相温度差一般控制在50～80℃。

为解决复合片脱落问题，工程技术人员致力于提高钎焊材料性能的研究，比如更换强度更高的BAg40CuZnNi，BAg45CuZn，BAg50CuZn等钎料。但是，却忽略了钎焊工艺。由于PDC复合片的“娇脆”缺陷，选用熔化温度过高的钎焊材料和钎焊工艺将导致复合片出现裂纹、崩刃、崩裂、掉块等现象。研究表明：高品质的PDC允许的钎焊温度不超过780～800℃，一般质量的PDC允许的钎焊温度不超过750℃。

8 金刚石工具钎焊设备与工艺

由于金刚石工具种类繁多、形式各异，由此派生的钎焊工艺及钎焊设备更是不胜枚举，火焰钎焊、盐浴钎焊、感应钎焊、电阻钎焊、炉中钎焊、真空钎焊、激光钎焊同台竞技，目前主流工艺以感应钎焊和真空钎焊为主[21-22]。

火焰钎焊是很早发展的一种钎焊方法，所需的设备简单轻便，燃气来源广泛，工艺成本低廉，但其加热温度不易控制，逐渐被主流市场淘汰。

盐浴钎焊加热速度快且均匀，钎焊效率高，钎焊时基体金属不易变形，适合大批量生产。然而，盐浴钎焊焊后工件上残留大量的钎剂，焊后清洗产生大量废水且污染环境，此外，盐浴钎焊的设备昂贵、工艺复杂、生产周期长，更重要的是绿色制造浪潮正淘汰金刚石工具的浸渍钎焊。

高频感应钎焊加热速度快、钎焊效率高；操作简便、劳动强度低；可钎焊各种形状复杂和多齿工件；采用自动送料、气氛保护或真空感应钎焊时，接头具有很好的外观和钎焊质量。该方法不仅在一次焊接时生产成本低，而且基体可以复焊而重复利用。随着金刚石工具制造人力成本的增加和对金刚石工具钎焊质量稳定性要求的提高，自动感应钎焊工艺逐渐成为焊接金刚石锯切工具的主要方法，金刚石工具自动感应钎焊能够实现自动分齿、自动识别拾取刀头、自动送焊片，具有焊接精度高、钎焊接头牢固、使用寿命长等优点，一人可操作多台机器，极大地降低了人工成本。

电阻钎焊常用于珩磨条钎焊，其焊缝质量好；但由于刀头整体温度较高，影响金刚石的使用寿命，目前有少数企业采用这种工艺。

炉中钎焊(连续气氛保护炉钎焊)主要用于小锯片和异型金刚石工具生产，一般采用分解氨生成的氢气和氮气作为还原气体，加热速度缓慢而温度均匀，钎焊接头美观，质量可靠，工件表面光亮，生产效率高，焊接成本低，适合批量化生产。

真空钎焊一般采用电阻炉辐射加热，生产效率高，而且加热均匀可以焊接结构复杂、尺寸较大的金刚石工具。目前，真空钎焊单层金刚石工具广泛应用在休整工具、磨轮、石材工具、玻璃工具的制造，真空钎焊多层金刚石工具有较好的工业应用前景。

近几年，激光钎焊方法逐渐应用于制造单层金刚石工具[23]。激光钎焊时工件局部受热快，焊接过程中金刚石在高温状态下停留的时间短，可有效避免金刚石发生石墨化转变；同时激光钎焊工艺上还可以实现金刚石颗粒的有序排列，加热效率高，温度控制精准，可进行复杂曲面的加工，自动化程度高，作业环境好。采用激光钎焊法焊接大尺寸及异型复杂工件，还能避免高频感应钎焊的邻近效应和集肤效应。

9 金刚石工具钎焊的发展趋势

金刚石工具的钎焊已经形成了一门专业化的工种，每年消耗钎焊材料近千吨，国内从业人数有数万之众，行业发展百花齐放，能形成共识的发展趋势有以下五点：自动化、绿色化、工艺复合化、优质化、经济化。

自动化和绿色化是中国制造2025的基本理念和重要工程，金刚石工具行业的人力成本日趋高涨，甚至危及到行业发展，自动化钎焊是行业共同需求。但凡是有较大批量的产品无不向自动化钎焊发展，目前锯片自动化钎焊日臻成熟，其他产品的自动化钎焊设备呼之欲出。

绿色化的内涵包括了减少排放、节省材料、提高能效和降低能耗，金刚石工具钎焊在减材、节能方面发展迅速，但在采用无镉钎料、药芯钎料和减少钎剂用量方面发展缓慢。金刚石工具(如钻头、截齿、锯片、刀具等)属于耗散型产品，其中的钎料会随工具的正常工作而损耗，钎料中的铅、镉等元素会散落到空气、土壤和水中，污染环境，部分被摄入人体，损害人体健康。

复合钎焊工艺包括：火焰-感应、感应-炉焊、炉焊-感应-火焰等多种钎焊方法，可实现复杂、大尺寸工具快速全位置钎焊，缩短钎焊时间，提高工具耐用度和可靠性，延长工具使用寿命。

优质化要求钎焊接头具有更长的疲劳寿命，而钎缝中的缺欠是影响疲劳寿命的主要因素，因此随着超硬工具寿命的延长，要求不断减少钎缝中的缺欠，提升钎焊接头的质量。在钎焊材料与工艺适当的情况下，钎料洁净度是影响缺欠形成的重要因素。

经济性是制造业的永远需求，低银钎料、铜基钎料、复合钎焊和预制钎料是节省钎料成本的主要方向；高效钎焊工艺和高可靠钎焊技术是降低钎焊成本的另一条途径。

10 结论

(1)金刚石工具种类繁杂，钎焊技术是各种工具制造中的关键技术。

(2)钎焊技术在金刚石工具制造中主要有四类应用，刀头烧结中的扩散钎焊、刀头的钎焊、单层金刚石工具钎焊和PDC工具钎焊。

(3)预合金粉末是提高金刚石刀头综合性能的有效途径，活性预合金粉末可以协同提高金刚石工具的锋利度和使用寿命。

(4)金刚石刀头钎焊的技术关键是个性化钎料和高效钎焊工艺，PDC工具钎焊的技术关键是高品质钎料，单层金刚石工具钎焊的技术关键是装备和钎料。

(5)金刚石工具的钎焊向自动化、绿色化、工艺复合化、优质化、经济化发展。

[1]Tsai M Y，Li P H，Sung J C.Organic diamond disk versus brazed diamond disk for dressing a chemical-mechanical polishing pad[J].Diamond&Related Materials，2012，23：144-149.

[2]Bai Q S，Yao Y X，Chen S D.Research and development of polycrystalline diamond woodworking tools[J].International Journal of Refractory Metals&Hard Materials，2002，20：395-400.

[3]龙伟民，朱坤，乔培新,等.金刚石锯片焊接技术的研究[J].金刚石与磨料磨具工程，2002(3)：27-31.

[4]王明智.金刚石工具制造技术的发展与热点问题[J].超硬材料工程，2012，24(1)：48-53.

[5]丁天然，龙伟民，张雷.热压烧结一扩散焊金刚石复合体的工艺研究[J].焊接，2011(6)：49-52.

[6]丁天然，龙伟民，乔培新，等.预合金粉对金刚石复合体组织结构影响及机理分析[J].焊接学报，2011，32(7)：75-78.

[7]袁洁，赵宁，南俊马，等.CuMn基含Ti预合金钎焊金刚石的结合界面分析[J].焊接学报，2007，28(6)：69-73.

[8]龙伟民，乔培新，李涛,等.PCD用钎料及钎焊工艺的研究[J].金刚石与磨料磨具工程，2002(4):27-29.

[9]谢德龙，万隆，宋冬冬,等.金刚石工具用FeCoCu预合金粉组成对烧结特性的影响[J].中国有色金属学报，2016，26(3)：577-585.

[10]张凤林，周玉梅，王成勇.钎焊法制造单层金刚石取孔钻及其界面微观结构[J].焊接学报，2007，28(3)：21-25.

[11]卢金斌，贺亚勋，张旺玺,等.Ni-Cr-B-Si+Cu-P-Sn复合钎料真空钎焊金刚石[J].中国有色金属学报，2016，26(3)：610-615.

[12]卢金斌，徐九华.真空钎焊金刚石界面碳化物的形貌[J].中国有色金属学报，2007，17(7)：1143-1148.

[13]Wu M，Cao C Z，Rafi-ud-din，et al.Brazing diamond/Cu composite to alumina using reactive Ag-Cu-Ti alloy[J]. Trans.Nonferrous Met.Soc.China，2013，23：1701-1708.

[14]卢金斌，徐九华.Ag-Cu-Ti钎料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，2009，23(4)：642-646.

[15]王名科.新型金刚石钎料及钎焊机理的研究[D].杭州:浙江理工大学硕士学位论文，2012.

[16]Lee C H，Ham J O，Song M S，et al.The interfacial reaction between diamond grit and Ni-based brazing filler metal[J]. Materials Transactions，2007，48(4)：889-891.

[17]卢金斌，孟普，樊平，等.Ni-Cr合金保护气氛钎焊金刚石界面Cr7C3的形核与长大[J].焊接学报，2012，33(9)：65-68.

[18]杨志波，刘爱菊，杨瑞云,等.Ni-Cr合金钎料激光钎焊金刚石磨粒界面显微结构及形成机理[J].稀有金属材料与工程，2016(5)：1152-1156.

[19]谭敏.超高频感应钎焊金刚石砂轮[D].南京:南京航空航天大学硕士学位论文，2013.

[20]黄俊兰，龙伟民，潘建军.金刚石钻头用钎料的研究[J].焊接，2016(3)：26-29.

[21]马伯江，张绍昆，朱华东,等.局部感应钎焊金刚石锯片的研究[J].焊接，2015(12)：35-38.

[22]郭佳杰，陈世隐，黄国钦,等.脉冲激光钎焊金刚石工艺研究[J].超硬材料工程，2016，28(3):7-10.

[23]Huang S F，Tsai H L，Lin S T.Laser brazing of diamond grits using a Cu-15Ti-10Sn brazing alloy[J].Materials Transactions，2002，43(10)：2604-2608.

2017-02-16

国家国际科技合作计划项目(2015DFA50470)

龙伟民，博士生导师，研究员，中原学者，新型钎焊材料与技术国家重点实验室主任，河南省焊接学会副理事长兼秘书长。主要从事焊接材料、工艺与设备的研发和产业化。先后主持完成国家973、863、科技支撑、重大科技专项、国际科技合作、省市重大科技专项等科研项目40余项；发表学术论文280余篇，主编专著8部、参编6部，制修订国家标准6项，授权发明专利49件；作为第一完成人获国家科技进步二等奖1项、省部级科技进步一等奖5项、中国专利优秀奖2项。

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