基体材料为45钢，钎料为Cu2Sn2Ti合金。试验钎料配比采用了A、B系两个系列。再以A、B合金为基础改变钛的比例由5%～15%采用五个点进行实验。

钎焊中的金刚石无镀膜，粒度为45/50目，均匀排布在合金钎料上。钎焊前对钢基体和金刚石表面去油污处理。钎焊试验在真空条件进行，钎焊温度高于熔点30℃左右，保温一定时间后，随炉冷却至室温。

测试分析方法：SEM及能谱在日本电子JSM25610LV钨灯丝电子显微镜上进行；在济南试金集团有限公司WDW-E100微机控制电子式万能试验机上进行强度试验；钎料熔炼采用的是真空非自耗电弧炉进行的熔炼。

3.1 金刚石与Cu2Sn2Ti合金间界面分析

图1为真空钎焊后Cu2Sn2Ti合金与金刚石结合形貌SEM、BSE图。

从图1中可以看出金刚石边缘被很多白色呈月牙型的合金包覆着，很明显，Cu2Sn2Ti合金对金刚石磨粒表现出良好的浸润性，这表明金刚石磨料与熔融钎料发生了润湿反应。从图中可以看出金刚石出露高度效果较为理想。

如果当钎料层达到一定的厚度，由于毛细作用，整个金刚石磨粒将被钎料包裹起来。然而，金刚石与Cu2Sn2Ti合金之间是否有化学冶金反应发生，仅凭形貌观察则无法确切判断。

此外，图中可见钎焊后金刚石磨粒的晶形仍保持完整。无裂纹附加热损伤现象。

图1  Cu2Sn2Ti焊接SEM、BSE图象

表1为金刚石表面的钎料成分能谱分析的结果。

金刚石表面金属中的Ti元素浓度明显高于钎料本身的浓度，表明钎料中的Ti元素在钎焊温度的作用下，从钎料中向金刚石表面扩散，并与金刚石中的元素结合生成碳化物。

表1  Cu2Sn2Ti钎料金刚石表面成分分布(wt%)

为了进一步证明碳化物存在，对钎焊后的金刚石磨粒采用X射线衍射分析，确定了金刚石与钎料的焊接界面处新生化合物的存在形式。

图2为钎焊界面的X射线衍射结果。

其中Ti的化合物有TiC、SnTi2C、TiCu和Cu2SnTi，而使得钎料与金刚石之间形成了冶 金连接的主要原因是新生化合物TiC、SnTi2C的形成，它是由钎料中的Ti和组成金刚石的C相结合而形成的。正是由于TiC、SnTi2C的形成，减小了金刚石与钎料的界面张力，相对提高了钎料的润湿性。

图2  X射线衍射分析结果

3.2  钎料与钢基体的作用

为了解在钎焊金刚石过程中，钎料的组织以及钎料与钢基体的结合，对钎焊后的金刚石试样作能谱线扫描分析如图3。在两者的界面有Ti元素富集，其他元素Cu、Sn在界面处的浓度梯度均呈现缓慢的过渡趋势。

钎焊过程中，钎料与钢基体在钎焊温度下发生组元间相互扩散，形成一个固相扩散区，当这个固相扩散区成分接近共晶成分时会出现液相，这时钎料与钢基体在界面上一起熔化，在随后的冷却过程中，钎料与钢基体联生结晶，形成了固溶体及其化合物，从而实现钎料与钢基体的高强度结合。

图3  钎焊后钎料与钢基体线扫描

3.3  钎焊工艺

压剪强度实验方法：在真空条件下，钎焊过程中升温10℃/min，保温时间20min，然后随炉冷却。钎焊后采用如图4所示的方式测试，压头下降速度为：1mm/min。强度测试结果如表2所示。

表2 钎料强度关系表

图4 强度试验方法

钎料合金的强度随着钛含量的增加而增大，在试验过程中，断裂发生在聚晶片于钎料的结合面，部分断裂后在钎料表面分布着一层细小的金刚石，此处的金刚石为聚晶片中的金刚石微粉，也就是说，断裂是发生在聚晶片中的金刚石微粉与填充料之间，在实际生产及使用过程中，钎料强度可能大于现在的测试结果。

Cu-Sn-Ti合金是较理想的黏结剂，高温下液相合金对金刚石完全润湿；对金刚石有足够的固结力黏结力；而且Ti可以与C反应生成TiC，钎料与金刚石形成冶金结合。

(1) 采用含有强碳化物形成元素Ti的合金钎料钎焊单层金刚石，钎料对金刚石的浸润性好，碳化物形成元素在金刚石表面偏聚，使金刚石和钎料与基体之间产生化学冶金接合，提高了基体对金刚石的把持力。

(2) 铜基钎料钎焊后与钢基体的实现高强度结合。

(3) B5的最佳钎焊工艺是880℃～900℃，10min～15min即可达到工艺要求。