CN102059423B - 一种具有自润滑功能金刚石工具的制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有自润滑功能金刚石工具的制作方法，包括以下步骤：向Ni-Cr合金中添加具有润滑功能的石墨颗粒；石墨颗粒的含量占整个钎料总质量的2~20%；将Ni-Cr合金与石墨颗粒的混合物搅拌均匀，共同组成钎焊金刚石工具的钎料；按金刚石工具金属基体、钎料、金刚石磨粒的顺序制作金刚石工具成型毛坯；将金刚石工具成型毛坯放入加热炉，采用钎焊工艺，加热温度为900~1100℃，保温1~20分钟，使Ni-Cr合金分别与石墨颗粒和金刚石磨粒发生化学反应，制作出具有自润滑功能的金刚石工具。本发明能有效提高金刚石工具的使用性能及润滑效果储屑能力，使其具有较高的磨削效率。

Description

一种具有自润滑功能金刚石工具的制作方法
技术领域
本发明属于超硬磨料工具制作领域，尤其涉及一种具有自润滑功能金刚石工具的制作方法。
背景技术
目前，金刚石工具主要有烧结和电镀两种。烧结金刚石工具是利用金属粉末和金刚石磨料颗粒混合压制烧结制成，金刚石磨料颗粒与胎体材料界面几乎不润湿，基本没有化学冶金结合；电镀金刚石工具只是依靠镀层机械包埋镶嵌金刚石磨料颗粒，金刚石和镀层界面上几乎没有结合强度。这两种金刚石工具在较重负荷作业时，由于对金刚石磨料颗粒的把持力不足造成金刚石磨料颗粒过早脱落，金刚石磨料颗粒的利用率低，工具寿命短。近几年，国内外研究用钎焊法制作金刚石工具，在钎料中加入活性元素（如Ti、Cr、V、W），改善了钎料对金刚石磨料颗粒的润湿性，金刚石磨料颗粒、钎料、基体之间形成化学冶金结合，解决了工具上对金刚石磨料颗粒把持力不足的问题，但是同时也带来了新的问题，钎焊温度较高，金刚石热损伤较严重，钎焊工具的自锐性较差。Ni-Cr合金自身硬度较高，耐磨性较好，钎焊后对金刚石具有足够的把持力，但在使用过程中钎料层的高度和金刚石出露高度不能保持合适的比例，使金刚石工具在使用后期金刚石出露高度较低，不够锋利，磨削效率降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有自润滑功能金刚石工具的制作方法，包括磨轮、钻头和锯片等，可用于石材、混凝土、玻璃、陶瓷、硬质合金等材料的切割、钻孔和磨抛加工。
为了解决以上技术问题采用以下方案：一种具有自润滑功能金刚石工具的制作方法，包括以下步骤：
（1）向Ni-Cr合金中添加具有润滑功能的石墨颗粒；石墨颗粒的含量占整个钎料总质量的2~20%；
（2）将Ni-Cr合金与石墨颗粒的混合物搅拌均匀，共同组成钎焊金刚石工具的钎料；
（3）按金刚石工具金属基体、钎料、金刚石磨粒的顺序制作金刚石工具成型毛坯；
（4）将金刚石工具成型毛坯放入加热炉，采用钎焊工艺，加热温度为900~1100℃，保温1~20分钟，使Ni-Cr合金分别与石墨颗粒和金刚石磨粒发生化学反应，制作出具有自润滑功能的金刚石工具。
所述的Ni-Cr合金为Ni-Cr-B-Si合金。
石墨颗粒的含量占整个钎料总质量的5~10%。
所述的钎焊方法为真空钎焊工艺或感应钎焊工艺或保护气氛钎焊工艺。
本发明向金刚石工具的钎料中引入具有润滑功能的石墨颗粒，能有效提高金刚石工具的使用性能及润滑效果储屑能力，使其具有较高的磨削效率；利用磨削加工过程中机械滑擦和挤压作用促使石墨颗粒释放成膜，显著提高金刚石工具和工件之间的润滑行为，减少磨削生成热，降低磨削温度，提高加工质量，使金刚石超硬磨料工具的潜能充分发挥。
附图说明
图1 金刚石工具钎焊结构示意图。
具体实施方式
实施例1：一种具有自润滑功能金刚石工具的制作方法，包括以下步骤：
（1）向Ni-Cr合金中添加具有润滑功能的石墨颗粒；石墨颗粒的含量占整个钎料总质量的2~20%；
（2）将Ni-Cr合金与石墨颗粒的混合物搅拌均匀，共同组成钎焊金刚石工具的钎料；
（3）如图1所示，按金刚石工具金属基体1、钎料2、金刚石磨粒3的顺序制作金刚石工具成型毛坯；
（4）将金刚石工具成型毛坯放入加热炉，采用钎焊工艺，加热温度为900~1100℃，保温1~20分钟，使Ni-Cr合金分别与石墨颗粒和金刚石磨粒发生化学反应，制作出具有自润滑功能的金刚石工具。
所述的钎焊方法为真空钎焊工艺或感应钎焊工艺或保护气氛钎焊工艺。
向金刚石工具的钎料中引入具有润滑功能的石墨颗粒，钎焊时石墨颗粒优先与氧气反应，减少金刚石和氧气发生反应，降低金刚石一部分热损伤，提高金刚石工具的使用性能；钎料中的石墨颗粒相当于气孔，可以储存润滑油和储屑，提高润滑效果储屑能力；利用磨削加工过程中机械滑擦和挤压作用促使石墨颗粒释放成膜，显著提高金刚石工具和工件之间的润滑行为，减少磨削生成热，降低磨削温度，提高加工质量，使金刚石超硬磨料工具的潜能充分发挥；石墨颗粒可与钎料Ni-Cr合金在氩气保护钎焊过程中发生化学反应，形成具有较好力学性能的界面微观过渡结构，确保两者之间优异的物理匹配和化学相容性；石墨以小颗粒的形状存在于钎料中，相当于钎料层的总面积减少，同时降低降低一定的强度和硬度，钎料层和金刚石的磨削速率保持合适的比例，金刚石始终具有较高的出露高度，具有较高的磨削效率。
实施例2：一种具有自润滑功能金刚石工具的制作方法， Ni-Cr合金选用Ni-Cr-B-Si合金，其中Cr 17%，B 3.5%，Si 4.0%，C为1%，Fe <5.0%，余量为Ni。石墨颗粒直径为10μm，其质量占钎料总质量的4%。将钎料（Ni-Cr-B-Si合金与石墨颗粒）机械搅拌10分钟，按金刚石工具钢基体、钎料、金刚石磨粒顺序制作工具毛坯，金刚石工具基体材料为钢基体。将工具毛坯放入加热炉，在1010℃、保温1分钟工艺下进行真空保护钎焊，使含有石墨颗粒的Ni-Cr-B-Si合金和金刚石发生化学反应，再随炉冷却至室温出炉。
其它同实施例1。
实施例3：一种具有自润滑功能金刚石工具的制作方法， Ni-Cr合金选用Ni-Cr-B-Si合金，其中Cr 17%，B 3.5%，Si 4.0%，C为1%，Fe <5.0%，余量为Ni。石墨颗粒直径为10μm，其质量占钎料总质量的6%。将钎料（Ni-Cr-B-Si合金与石墨颗粒）机械搅拌10分钟，按金刚石工具金属基体、钎料、金刚石磨粒顺序制作工具毛坯，金刚石工具基体材料为钢基体。将工具毛坯放入保护装置中，在1030℃、保温30秒工艺下进行感应钎焊，使含有石墨颗粒的Ni-Cr-B-Si合金和金刚石发生化学反应，冷却至室温取出试样。 
其它同实施例1。
实施例4：一种具有自润滑功能金刚石工具的制作方法， Ni-Cr合金选用Ni-Cr-B-Si合金，其中Cr 17%，B 3.5%，Si 4.0%，C为1%，Fe <5.0%，余量为Ni。石墨颗粒直径为10μm，其质量占钎料总质量的6%。将钎料（Ni-Cr-B-Si合金与石墨颗粒）机械搅拌10分钟，按金刚石工具金属基体、钎料、金刚石磨粒顺序制作工具毛坯，金刚石工具基体材料为钢基体。将工具毛坯放入加热炉，在1030℃、保温1分钟工艺下进行氩气保护气氛钎焊，使含有石墨颗粒的Ni-Cr-B-Si合金和金刚石发生化学反应，随炉冷却至室温出炉。
其它同实施例1。
实施例5：一种具有自润滑功能金刚石工具的制作方法， Ni-Cr合金选用Ni-Cr-B-Si合金，其中Cr 13%，B 3.5%，Si 4.0%，C 0.6%，Fe 4%，余量为Ni。石墨颗粒质量占钎料总质量的10%，石墨颗粒直径为20-50μm。将钎料（Ni-Cr-B-Si合金与石墨颗粒）机械搅拌10分钟，按金刚石工具基体、钎料、金刚石磨粒的顺序制作工具毛坯，金刚石工具基体材料为钢基体。将工具毛坯放入加热炉中，在1060℃、保温10分钟工艺下进行氩气保护气氛钎焊，使含有石墨颗粒的Ni-Cr-B-Si合金和金刚石发生化学反应，随炉冷却至室温出炉。
其它同实施例1。
实施例6：一种具有自润滑功能金刚石工具的制作方法， Ni-Cr合金选用Ni-Cr-B-Si合金，其中Cr 6%，B 3.5%，Si 4.0%，C 0.06%，Fe 3%，余量为Ni。石墨颗粒质量占钎料总质量的7%。将钎料（Ni-Cr-B-Si合金与石墨颗粒）机械搅拌10分钟，按金刚石工具基体、钎料、金刚石磨粒的顺序制作工具毛坯，金刚石工具基体材料为钢基体。将工具毛坯放入加热炉中，在1050℃、保温5分钟工艺下进行真空保护钎焊，使含有石墨颗粒的Ni-Cr-B-Si合金和金刚石发生化学反应，随炉冷却至室温出炉。
其它同实施例1。
实施例7：一种具有自润滑功能金刚石工具的制作方法， Ni-Cr合金选用Ni-Cr-B-Si合金，其中Cr 8%，B 2%，Si 2.5%，C 0.6%，Fe 5%，余量为Ni。石墨颗粒质量占钎料总质量的5%。将钎料（Ni-Cr-B-Si合金与石墨颗粒）机械搅拌10分钟，按金刚石工具基体、钎料、金刚石磨粒的顺序制作工具毛坯，金刚石工具基体材料为钢基体。将工具毛坯放入加热炉中，在1060℃、保温5分钟工艺下进行氩气保护气氛钎焊，使含有石墨颗粒的Ni-Cr-B-Si合金和金刚石发生化学反应，冷却至室温出炉。
其它同实施例1。  

Claims (4)

1.一种具有自润滑功能金刚石工具的制作方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）向Ni-Cr合金中添加具有润滑功能的石墨颗粒；石墨颗粒的含量占整个钎料总质量的2~20%；
（2）将Ni-Cr合金与石墨颗粒的混合物搅拌均匀，共同组成钎焊金刚石工具的钎料；
（3）按金刚石工具金属基体、钎料、金刚石磨粒的顺序制作金刚石工具成型毛坯；
（4）将金刚石工具成型毛坯放入加热炉，采用钎焊工艺，加热温度为900~1100℃，保温1~20分钟，使Ni-Cr合金分别与石墨颗粒和金刚石磨粒发生化学反应，制作出具有自润滑功能的金刚石工具。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的Ni-Cr合金为Ni-Cr-B-Si合金。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：石墨颗粒的含量占整个钎料总质量的5~10%。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的钎焊方法为真空钎焊工艺或感应钎焊工艺或保护气氛钎焊工艺。
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