CN101913049B - 一种增加金刚石工具涂层厚度的制备方法 - Google Patents

一种增加金刚石工具涂层厚度的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种增加金刚石工具涂层厚度的制备方法。其中钎焊材料成分为：Cr粉10％-15％，102助焊剂7％-12％，BNi273％-83％(重量百分比)。把钎焊材料与金刚石颗粒机械混合至均匀制成金刚石钎焊材料，然后加入少量松香使其粘结在一起。采用逐层加网的方式增加金刚石钎焊材料的厚度。然后在真空条件下钎焊，实现金刚石颗粒与钢基体的固化焊接。通过加网的方法可以制备厚涂层的金刚石工具，且涂层内金刚石颗粒分布均匀，增加了金刚石工具的使用寿命。丝网也可以使熔化的涂层熔化液在涂层内部得以相互渗透补充，减少涂层内部缺陷。

Description

一种增加金刚石工具涂层厚度的制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于切割非金属材料的金刚石工具涂层技术，主要提出一种增加金刚石工具涂层厚度的制备方法，所制备的金刚石工具用于陶瓷、玻璃、混泥土及花岗石等脆性材料的加工。
背景技术
金刚石工具由金属基体和金刚石涂层构成。在现有技术下，金刚石工具的制作主要有下面几种方法。
电镀金刚石工具。由于电镀工艺简单，使用方便，因此多用于制造金刚石工具。但是这种方法生产出的工具只有表面一薄层的金刚石涂层，很不耐用。而且金刚石工具上电沉积的镀层金属与金刚石颗粒和金属基体的界面上不存在化学冶金结合，金刚石颗粒只是被机械地包埋在镀层金属与基体之间，因此金属基体对镀层的把持力很小，极容易因金刚石颗粒脱落和镀层成片剥离而导致刀具的整体失效。同时，电镀金刚石工具上金刚石颗粒本身的有效利用率也极低。
把金刚石颗粒滚压在锯片基体圆周的长槽中。此法的缺点是金刚石颗粒把持不牢固，在切割过程中易脱落，从而影响加工效率。
20世纪90年代初，人们开始用钎焊代替电镀开发新一代单层钎焊金刚石工具，其金刚石涂层厚度在0.002-0.2mm之间。借助高温钎焊使钎料在金刚石颗粒和金属基体界面上发生溶解、扩散、化合之类的相互作用从而提高基体对金刚石颗粒的把持力，改善金刚石颗粒、结合剂(钎料合金)和基体三者之间的结合强度。其结构一般包括金属基体和金刚石颗粒，金属基体的周沿开有齿槽和水槽，把金刚石颗粒钎焊在金属基体与齿槽相对应的两端面上。这种钎焊金刚石工具，其金刚石颗粒钎焊在基体的两端面，金刚石颗粒是单层钎焊，工作层只有一层，使用寿命较短；现有的多层钎焊金刚石的方法，采用钎料合金片和金刚石颗粒叠层法增厚，但钎焊时合金片熔化后金刚石颗粒上浮从而造成涂层中金刚石分布不均，使金刚石工具寿命缩短。
专利号为200410041974.0的发明，采用Ni、Cr、B、Si的粉料作为钎料，只是把混有金刚石的焊料简单的涂在基体表面上。这样高温加热时钎料熔化后外溢，导致钎焊层较薄且厚度不均匀，同时内部金刚石的分布也会不均匀，使金刚石工具的使用寿命缩短。
专利号为200710161619.0的发明，选取了Ti、V、Cr、Zr、Mo、W等很多贵金属的粉料混合物作为钎料，还要制造很多带有超磨粒颗粒大小孔的模板，增加了成本，焊接过程和步骤过于繁琐和复杂，也浪费了大量的时间。
论文“金刚石工具真空钎焊钎料的适应性”(焊接学报，2004，25(1)：80-82)在使用BNi2作为钎料时，在BNi2和金刚石的混合物中，没有加入其他的强碳化物形成元素，虽然BNi2中含有强碳化物形成元素，但是含量并不是很多，不能充分地润湿金刚石，使其难以达到与金属基体很好固化的效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种增加金刚石工具涂层厚度的制备方法。这种方法可获得加厚的金刚石工具涂层，且基体对金刚石颗粒的把持力高，使用寿命长，同时工艺简单，操作方便。
本发明所提出的技术方案为：一种增加金刚石工具涂层厚度的制备方法，包括下列步骤：
①提供一钢基体，基体表面除去氧化皮并用丙酮清洗干净；
②选用不锈钢丝网或铁丝网，所选丝网的目数和金刚石颗粒平均目数相等；
③确定金刚石工具涂层的厚度，并根据金刚石工具涂层的厚度确定涂层的层数，对应每一层涂层铺敷一层不锈钢丝网或铁丝网；
④根据所需金刚石涂层的面积裁剪丝网，使得到的丝网的平面面积与所需金刚石涂层的表面面积一致，用丙酮清洗干净；
⑤按Cr粉10％-15％，102助焊剂7％-12％，BNi273％-83％的质量百分比把钎焊材料混合后加入同等体积的金刚石颗粒再次混合均匀，制成金刚石钎焊材料；再向其中加入松香使混合均匀的金刚石钎焊材料粘结在一起；所加入松香的体积约为金刚石钎焊材料体积的十分之一；
⑥把配制好的金刚石钎焊材料，用逐层加网的方式涂在钢基体和不锈钢丝网或铁丝网上，对应每一层涂层铺敷一层不锈钢丝网或铁丝网；即在每一层涂层表面铺敷一层不锈钢丝网或铁丝网；在真空度不低于3×10-2MPa的真空钎焊炉中，加热到温度1000-1150℃，保温时间0.5-1h；将金刚石钎焊材料钎焊在提供的钢基体上。
所述金刚石工具涂层的制作过程为：按上述步骤把基体和铁丝网清洗干净，在钢基体所需金刚石工具涂层面积上均匀涂抹第一层金刚石钎焊材料，把剪裁成金刚石工具涂层面积大小的第一层不锈钢丝网或铁丝网敷在第一层金刚石钎焊材料上面；在第一层丝网上再均匀涂抹第二层金刚石钎焊材料，在第二层金刚石钎焊材料上再敷第二层丝网，在第二层丝网上再均匀涂抹第三层金刚石钎焊材料；重复上述步骤，直至完成涂抹最后一层金刚石钎焊材料；在最后一层钎焊材料上面水平放置一石墨片，再装入石墨模具中；进入真空钎焊工艺。
涂抹在钢基体或不锈钢丝网或铁丝网上每层金刚石钎焊材料的厚度为0.5-0.7mm。
本发明增加金刚石工具涂层厚度的制备方法的优点为：
①采用逐层加网的方法制备厚涂层的金刚石工具，由于丝网的附着力(丝网在钎焊时未熔化)，高温钎焊时金刚石涂层熔化也不会外溢流淌，钎焊后金刚石涂层厚度均匀。钎焊时，未熔的丝网阻止了大量的金刚石颗粒在涂层熔化液中上浮，使涂层内部金刚石颗粒分布均匀，增加了金刚石工具的使用寿命。丝网也可以使熔化的涂层熔化液在涂层内部得以相互渗透补充，减少涂层内部缺陷。
②本发明用BNi2作为主要钎料，同时加入适量的Cr和102助焊剂，可以很好的润湿金刚石，实现金刚石颗粒与涂层以及涂层与钢基体的良好固结。制作工艺简单，操作方便，可以大大缩短制作时间。
③材料简单，只用了Cr、102助焊剂、BNi2和不锈钢丝网或铁丝网，配制方法简单，操作方便，设备只用一台真空钎焊炉即可。
具体实施方式
结合给出的实施例，对本发明加以具体说明：
实施例1：在低碳钢Q235基体上制备厚度为0.9mm的金刚石涂层。
金刚石工具涂层的厚度为0.9mm，根据涂层厚度要求(按每层金刚石钎焊材料的厚度为0.5mm涂抹，钎焊后厚度减至原厚度的60％，钎焊后每层减至0.3mm)加两层铁丝网。
包括下列步骤：
①将低碳钢Q235基体表面除去氧化皮并用丙酮清洗干净，不能有氧化皮、油污和灰尘；
②选用不锈钢丝网或铁丝网，所用金刚石颗粒为45～50目(金刚石颗粒的平均目数为48目)，所用铁丝网为48目×48目(丝网丝径为0.17mm，网孔尺寸为0.36mm×0.36mm)；
③根据所需金刚石涂层的面积裁剪丝网的大小，用丙酮清洗干净。
本实施例的钎料配方为：Cr10％，102助焊剂7％，BNi283％。
金刚石涂层钎焊材料的配制方法：把按钎料配比比例称量好的Cr粉、102助焊剂、BNi2混合后放入干燥的容器中，放入与钎料同等体积的金刚石颗粒，充分搅拌至混合均匀后最后加入松香(添加量为钎料与金刚石体积之和的十分之一)并再次搅拌使其粘结在一起，制成金刚石钎焊材料。
金刚石工具涂层的制作方法为：按上述步骤把基体和铁丝网清洗干净，在基体所需金刚石工具涂层面积上均匀涂抹第一层厚度为0.5mm的金刚石钎焊材料，把剪裁成金刚石工具涂层面积大小的第一层铁丝网敷在第一层金刚石钎焊材料上面。在第一层网上再均匀涂抹第二层厚度为0.5mm的金刚石钎焊材料，在第二层金刚石钎焊材料上再敷第二层铁丝网，在第二层网上再均匀涂抹第三层厚度为0.5mm的金刚石钎焊材料。在最后一层钎焊材料上面放置一石墨片，再装入石墨模具中；然后放入真空度不低于3×10-2MPa的真空钎焊炉中加热到1100℃，保温0.5h，随炉冷却。
实施例2：在45钢基体上制备厚度为1.2mm的金刚石涂层。
金刚石工具涂层的厚度为1.2mm，根据涂层厚度要求(按每层金刚石钎焊材料的厚度为0.5mm涂抹，钎焊后每层减至0.3mm)加三层铁丝网。
所选金刚石和铁丝网规格同实施例1。
本实施例的钎料配方为：Cr12％，102助焊剂9％，BNi279％。
金刚石涂层钎焊材料的配制方法同实施例1。
金刚石工具涂层制作方法为：金刚石工具的制作方法同实施例1，只是要加三层铁丝网均匀涂抹四层金刚石钎焊材料和在真空钎焊炉中加热到1000℃。
实施例3：在低碳钢Q235基体上制备厚度为1.5mm的金刚石涂层。
金刚石工具涂层的厚度为1.5mm，根据涂层厚度要求(按每层金刚石钎焊材料的厚度为0.5mm涂抹，钎焊后每层减至0.3mm)加四层铁丝网。
本实施例的钎料配比为：Cr15％，102助焊剂12％，BNi273％。
金刚石涂层钎焊材料的配制方法同实施例1。
金刚石工具涂层制作方法为：金刚石工具的制作方法同实施例1，只是要加四层铁丝网均匀涂抹五层金刚石钎焊材料以及在真空钎焊炉中加热到1050℃。
实施例4：在低碳钢Q235基体上制备厚度为0.8mm的金刚石涂层。
金刚石工具涂层的厚度为0.8mm，根据涂层厚度要求(按每层金刚石钎焊材料的厚度为0.7mm涂抹，钎焊后每层减至0.4mm)加一层铁丝网。
本实施例的钎料配方为：Cr15％，102助焊剂9％，BNi276％。
金刚石涂层钎焊材料的配制方法同实施例1。
金刚石工具涂层制作方法为：金刚石工具的制作方法同实施例1，只是要加一层铁丝网均匀涂抹两层厚度为0.7mm的金刚石钎焊材料。
实施例5：在45钢基体上制备厚度为1.6mm的金刚石涂层。
金刚石工具涂层的厚度为1.6mm，根据涂层厚度要求(按每层金刚石钎焊材料的厚度为0.7mm涂抹，钎焊后每层减至0.4mm)加三层铁丝网。
所选金刚石和铁丝网规格同实施例1。
本实施例的钎料配方为：Cr10％，102助焊剂9％，BNi281％。
金刚石涂层钎焊材料的配制方法同实施例1。
金刚石工具涂层制作方法为：金刚石工具的制作方法同实施例1，只是要加三层铁丝网均匀涂抹四层厚度为0.7mm的金刚石钎焊材料和在真空钎焊炉中加热到1050℃，保温1h，随炉冷却。

Claims (1)

1.一种增加金刚石工具涂层厚度的制备方法，其特征在于：包括下列步骤：
①提供一钢基体；基体表面除去氧化皮并用丙酮清洗干净，不能有氧化皮、油污和灰尘；
②选用不锈钢丝网或铁丝网，所选丝网的目数和金刚石颗粒平均目数相等；
③确定金刚石工具涂层的厚度，并根据金刚石工具涂层的厚度确定涂层的层数，对应每一层涂层铺敷一层不锈钢丝网或铁丝网；
④根据所需金刚石涂层的面积裁剪丝网，使得到的丝网的平面面积与所需金刚石涂层的表面面积一致，用丙酮清洗干净；
⑤按Cr粉10％-15％，102助焊剂7％-12％，BNi273％-83％的质量百分比把钎焊材料混合后加入同等体积的金刚石颗粒再次混合均匀，制成金刚石钎焊材料；再向其中加入松香使混合均匀的金刚石钎焊材料粘结在一起；所加入松香的体积为金刚石钎焊材料体积的十分之一；
⑥把配制好的金刚石钎焊材料用逐层加网的方式涂在钢基体和不锈钢丝网或铁丝网上，对应每一层涂层铺敷一层不锈钢丝网或铁丝网；即在每一层涂层表面铺敷一层不锈钢丝网或铁丝网；在真空度不低于3×10-2MPa的真空钎焊炉中，加热到温度1000-1150℃，保温时间0.5-1h，将金刚石钎焊材料钎焊在提供的钢基体上；所述逐层加网的方式为：在基体所需金刚石工具涂层面积上均匀涂抹第一层金刚石钎焊材料，把剪裁成金刚石工具涂层面积大小的第一层不锈钢丝网或铁丝网敷在第一层金刚石钎焊材料上面；在第一层丝网上再均匀涂抹第二层金刚石钎焊材料，在第二层金刚石钎焊材料上再敷第二层丝网，在第二层丝网上再均匀涂抹第三层金刚石钎焊材料；重复上述步骤，直至完成涂抹最后一层金刚石钎焊材料；涂抹在钢基体或不锈钢丝网或铁丝网上每层金刚石钎焊材料的厚度为0.5-0.7mm；在最后一层钎焊材料上面水平放置一石墨片，再装入石墨模具中；进入真空钎焊工艺。
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