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金刚石工具在加工陶瓷、石材和硬质合金等难加工材料方面的到了广泛的应用。活性钎焊是其中一种有前景的金刚石工具制造技术,它有效弥补了烧结法和电镀法制备的金刚石工具的不足。但是,钎焊过程中的高温及相关的热损伤导致了金刚石机械性能和连接强度下降,造成加工过程中磨粒的非正常磨损严重。这一问题限制了钎焊金刚石工具的性能和应用范围。据此,本课题针对高温钎焊的金刚石热损伤问题,开发了新型金刚石焊接用低温Sn-Cu-Cr活性钎料合金。基于使用Sn-Cr二元合金的润湿性研究,确定钎焊温度以确保对金刚石的适当润湿,同时使热损伤最小化。此外,合金成分是基于钎焊温度以及机械性能设计的。对比研究表明,开发的Sn-Cu-Cr合金可以与金刚石形成可靠结合,并提高金刚石机械性能,可以作为开发高性能钎焊金刚石工具的有效手段。具体而言,本论文所包含的研究工作可归纳如下:1.在真空炉中进行Sn-Cr合金/CVD金刚石升温和等温润湿实验,研究不同Cr含量和温度对的元素Cr在CVD金刚石上润湿性的影响,及其润湿机理。2.根据润湿实验结果,确定了低温活性钎料合金性能基本要求,开发设计具有适当力学性能和凝固性质的的Sn-Cu-Cr低温钎料合金。3.使用所开发Sn-Cu-Cr低温钎料和商业化Ni-14Cr-P高温钎料进行金刚石钎焊对比实验,比较研究分析了两种钎料钎焊后的金刚石表面形貌、界面微观组织、碳化物形貌。这些信息还用于解释热损伤的差异,如金刚石化学腐蚀,石墨化和钎焊金刚石的残余应力。最终,冲击韧性结果表明,使用开发的Sn-Cu-Cr合金钎焊的金刚石磨粒比使用Ni-14Cr-10P合金钎焊的金刚石磨粒冲击韧性显著提高。通过对这项工作进行的研究分析,本论文取得的主要结论概括如下:1.升温润湿实验后润湿角的原位观察表明,1wt.%Cr的添加显著改善了Sn对CVD金刚石的润湿性,4wt.%Cr的含量获得最佳润湿性,6wt.%Cr的添加导致固态Cr颗粒的富集,阻碍了流动性,从而降低了其润湿性。Sn-Cr合金在CVD金刚石表面上的润湿行为至少在750℃以上的润湿温度下发生。2.微观结构表征表明,纳米级扇贝状Cr7C3晶粒的形成是改善Sn-Cr合金在CVD金刚石基体上的润湿性的原因。润湿温度影响Cr7C3的生长动力学,从而影响Sn-Cr合金在CVD金刚石基底上的润湿性和铺展动力学。3.最佳合金成分配比Sn-50Cu-2Cr,其合金组织主要由Cu3Sn相、Cu6Sn5相和少量βSn相和Cr单质相组成,液相线为693.7℃,显微维氏硬度为231.83HV0.3。4.新型Sn-50Cu-2Cr钎料合金在750℃低温钎焊金刚石后,金刚石界面处形成薄且均匀的Cr7C3碳化物层,并且在950℃下钎焊反应后,Cr7C3的晶粒仍保持为纳米尺寸。5.使用Sn-50Cu-2Cr钎料合金750℃钎焊的金刚石磨粒的冲击韧性比Ni-14Cr-10P钎料在950℃下钎焊后的冲击韧性显着提高。使用无Ni的Sn-50Cu-2Cr钎料合金钎焊的金刚石磨粒表面的化学侵蚀减少,石墨化或无定形碳化受到抑制,这是降低金刚石磨粒热损伤的原因。