CN103231064A - 一种新型镍基钎料钎焊单层金刚石砂轮的制作方法 - Google Patents

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一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法，包括以下步骤：（1）采用机加工的方法制备金刚石砂轮的基体，并对基体除油除锈；（2）准备Ni-Cr钎料，并向Ni-Cr钎料中加入Al粉，将Ni-Cr钎料与Al粉的混合物机械搅拌均匀组成钎料合金；（3）按金刚石砂轮的基体、钎料合金、金刚石磨粒的顺序制作工具成型毛坯；（4）采用真空快速加热的方式，加热到Al粉熔化，由于熔融Al、Ni之间的反应，释放大量的热，使Ni-Cr钎料熔化并与金刚石磨粒发生界面反应，制成单层金刚石砂轮。本发明通过向Ni-Cr基钎料中加入微细Al粉，可以降低钎焊温度，确保钎料对金刚石磨粒把持力不变的情况下，减少对金刚石的热损伤，降低基体的变形，从而使金刚石磨料工具的性能得到充分发挥。

Description

一种新型镍基钎料钎焊单层金刚石砂轮的制作方法
技术领域
本发明属于单层超硬磨料工具制作领域，主要是针对单层钎焊金刚石工具的制造技术。
背景技术
目前，金属基金刚石工具主要有烧结和电镀两种。烧结金刚石工具通过金属粉末和金刚石磨料混合、压制、烧结制成，金刚石磨料与胎体材料界面处几乎无化学冶金结合，磨料的把持力较弱；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重负荷工作时，由于对金刚石磨料的把持力不足常造成金刚石过早脱落，金刚石磨料的有效利用率低，工具寿命较短。近几年，国内外采用钎焊法制作单层金刚石工具，在钎料中加入活性元素（如Cr、Ti、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，因此高温钎焊单层金刚石工具具有结合强度高，利于环境保护，磨料出露高，磨料有效利用率高，寿命长等优异特性，有着广泛的应用。
Ni-Cr-B-Si系钎料具有硬度高、耐磨性好等特点，是当前超硬材料制品行业钎焊金刚石工具应用最广泛的钎料。钎焊温度一般在1050℃左右，且Ni-Cr合金中的Ni是一种促进金刚石石墨化的元素，具有较高的强度和硬度，因此易导致金刚石石墨化、热应力较大，最终导致金刚石较大的热损伤。另外，该类工具在切割和磨削花岗岩、石材、陶瓷等硬脆材料时，Ni-Cr基钎料磨损较慢，使得工具发生钝化，即自锐性差，影响工作效率。另外，基体在1050℃的加热常会导致基体有较大的变形。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中的不足，提供一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法。
为了解决上述问题采用以下技术方案：一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法，包括以下步骤：（1）采用机加工的方法制备金刚石砂轮的基体，并对基体除油除锈；（2）准备Ni-Cr钎料，并向Ni-Cr钎料中加入Al粉，将Ni-Cr钎料与Al粉的混合物机械搅拌均匀组成钎料合金；（3）按金刚石砂轮的基体、钎料合金、金刚石磨粒的顺序制作工具成型毛坯；（4）采用真空快速加热的方式，加热到Al粉熔化，由于熔融Al、Ni之间的反应，释放大量的热，使Ni-Cr钎料熔化并与金刚石磨粒发生界面反应，制成单层金刚石砂轮。
所述的Ni-Cr钎料为Ni-Cr-B-Si或Ni-Cr-P钎料合金。
Ni-Cr钎料中添加10~15（wt）% Al粉，Al粉的粒径为150-300目。
金刚石粒度为30~80目。
所述的钎焊温度为700~900℃，升温速度大于60℃/min，保温时间为1-15min，真空度高于1×10-2Pa。
本发明的原理及优点如下：向钎料合金中加入微细Al粉，由于Al粉自身较软，可以缓解钎焊后残余应力，减少金刚石开裂，有利于降低金刚石的热损伤。微细Al粉与Ni-Cr基钎料都是粉末颗粒，能很好的混合均匀。同时钎焊后钎料合金部分的硬度和强度有一定下降，能够使得金刚石磨粒适时出露，具有较好的自锐性。钎料合金中的Al可以和Ni-Cr基钎料中的Ni在Al的熔点附近发生化学反应，形成Ni3Al、NiAl等金属间化合物， Ni和Al发生强烈的放热反应使钎料温度升高，促进Ni-Cr钎料与金刚石磨粒发生反应，形成碳化物，从而提高钎料对金刚石的把持力。因为该热仅分布在钎料中，基体的温度不高，因此可以降低基体的变形。通过向Ni-Cr基钎料中加入微细Al粉，可以降低钎焊温度，确保钎料对金刚石磨粒把持力不变的情况下，减少对金刚石的热损伤，降低基体的变形，从而使金刚石磨料工具的性能得到充分发挥。
具体实施方式
实施例1：一种单层钎焊金刚石砂轮的制作方法，利用机加工的方法制备金刚石砂轮的基体，对基体除油除锈。Ni-Cr基钎料选用Ni-Cr-B-Si合金，其中17（wt）%Cr，（wt）3.5% B， 4.0（wt）% Si， 1（wt）% C，余量为Ni。向Ni-Cr基钎料中添加的微细Al粉的质量占钎料合金总质量的10%，组成复合钎料。将钎料合金机械搅拌30分钟混合均匀，然后按照砂轮基体/钎料合金/金刚石磨粒顺序制备砂轮毛坯，磨粒的直径为240~280μm，砂轮基体为45钢。将砂轮毛坯放入真空炉，升温速度为65℃/min，真空度5～8×10-3Pa，在880℃保温10分钟工艺下进行真空钎焊，使钎料合金与金刚石磨粒发生反应，随炉冷却至室温出炉，制备单层钎焊金刚石砂轮。
结果表明，该砂轮具有金刚石磨粒热损伤小、基体变形小的特点。
实施例2：一种单层钎焊金刚石砂轮的制作方法，利用机加工的方法制备金刚石砂轮的基体，对基体除油除锈。Ni-Cr基钎料选用Ni-Cr-P合金，其中Cr 15（wt）%，P 9.5（wt）%，余量为Ni。向Ni-Cr基钎料中添加的微细Al粉的质量占钎料合金总质量的12%。将钎料合金机械搅拌30分钟混合均匀，然后按照砂轮基体/钎料合金/金刚石磨粒顺序制备砂轮毛坯，砂轮基体为40Cr钢。将砂轮毛坯放入保护真空炉，升温速度为65℃/min，真空度5～8×10-3Pa，在760℃保温15分钟工艺下进行真空钎焊，使钎料合金与金刚石磨粒发生反应，随炉冷却至室温出炉，制备单层钎焊金刚石砂轮。
实施例3：一种单层钎焊金刚石砂轮的制作方法，利用机加工的方法制备金刚石砂轮的基体，对基体除油除锈。Ni-Cr基钎料选用Ni-Cr-B-Si合金，其中Cr 17（wt）%，B 3.5（wt）%，Si 4.0（wt）%，C 1（wt）%，Fe 5.0（wt）%，余量为Ni。向Ni-Cr基钎料中添加的微细Al粉的质量占钎料合金总质量的12%。将钎料合金机械搅拌20分钟混合均匀，然后按照砂轮基体/钎料合金/金刚石磨粒顺序制备砂轮毛坯，砂轮基体为45钢。将砂轮毛坯放入真空炉，真空度5～8×10-3Pa，升温速度为70℃/min，在780℃保温10分钟工艺下进行真空钎焊，使钎料合金与金刚石磨粒发生反应，随炉冷却至室温出炉，制备单层钎焊金刚石砂轮。
实施例4：一种单层钎焊金刚石砂轮的制作方法，利用机加工的方法制备金刚石砂轮的基体，对基体除油除锈。Ni-Cr基钎料选用Ni-Cr-B-Si合金，其中17（wt）% Cr， 3.5（wt）% B， 4.0（wt）% Si， 1（wt）% C，余量为Ni。向Ni-Cr基钎料中添加的微细Al粉的质量占钎料合金总质量的10%。将钎料合金机械搅拌20分钟混合均匀，然后按照砂轮基体/钎料合金/金刚石磨粒顺序制备砂轮毛坯，砂轮基体为45钢。将砂轮毛坯放入真空炉，升温速度为65℃/min，真空度1～2×10-2Pa，在700℃，保温5分钟工艺下进行真空钎焊，使钎料合金与金刚石磨粒发生反应，随炉冷却至室温出炉，制备单层钎焊金刚石砂轮。
实施例5：一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法，包括以下步骤：（1）采用机加工的方法制备金刚石砂轮的基体，并对基体除油除锈；（2）准备Ni-Cr钎料，并向Ni-Cr钎料中添加15（wt）% Al粉，Al粉的粒径为150-300目，将Ni-Cr钎料与Al粉的混合物机械搅拌均匀组成钎料合金；（3）按金刚石砂轮的基体、钎料合金、刚石磨粒的顺序制作工具成型毛坯，金刚石粒度为30~80目；（4）采用真空加热的方式，加热到Al粉熔化，由于熔融Al、Ni之间的反应，释放大量的热，使Ni-Cr钎料熔化并与金刚石磨粒发生界面反应，制成单层金刚石砂轮。焊温度为750~800℃，保温时间为1-15min，真空度高于1×10-2Pa。

Claims (5)

1.一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法，其特征在于包括以下步骤：（1）采用机加工的方法制备金刚石砂轮的基体，并对基体除油除锈；（2）准备Ni-Cr钎料，并向Ni-Cr钎料中加入Al粉，将Ni-Cr钎料与Al粉的混合物机械搅拌均匀组成钎料合金；（3）按金刚石砂轮的基体、钎料合金、刚石磨粒的顺序制作工具成型毛坯；（4）采用真空加热的方式，加热到Al粉熔化，由于熔融Al、Ni之间的反应，释放大量的热，使Ni-Cr钎料熔化并与金刚石磨粒发生界面反应，制成单层金刚石砂轮。
2.根据权利要求1所述的钎焊单层金刚石砂轮的制作方法，其特征在于：所述的Ni-Cr钎料为Ni-Cr-B-Si或Ni-Cr-P钎料合金。
3.根据权利要求1或2所述的钎焊单层金刚石砂轮的制作方法，其特征在于：Ni-Cr钎料中添加10~15（wt）% Al粉，Al粉的粒径为150-300目。
4.根据权利要求1所述的钎焊单层金刚石砂轮的制作方法，其特征在于：金刚石粒度为30~80目。
5.根据权利要求1所述的钎焊单层金刚石砂轮的制作方法，其特征在于：所述的钎焊温度为700~900℃，升温速度大于60℃/min，保温时间为1-15min，真空度高于1×10-2Pa。
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