CN103786100A - 一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法 - Google Patents

一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于超硬磨料工具制作领域，尤其涉及一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法。所述金刚石为含硼金刚石，金刚石中硼的含量为（50-260）×1018at/cm3。本发明由于采用了含硼金刚石，其较高的热稳定性确保了金刚石较低的热损伤，新型钎料进一步降低了金刚石焊后热损伤，因此获得的砂轮使用寿命长，具有较好的磨削和切削能力。

Description

一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法
 
技术领域
本发明属于超硬磨料工具制作领域，尤其涉及一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法。
背景技术
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基钎料具有硬度高、耐磨性好等特点，是目前钎焊金刚石工具应用最广泛的钎料。但钎焊温度一般都在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。
发明内容
本发明的目的是提供一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法，对金刚石的热损伤较小，获得的金刚石砂轮使用寿命长，具有较好的磨削和切削能力。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法，所述金刚石为含硼金刚石，其中硼的含量为（50-260）×1018at/cm3。
金刚石颗粒优选为30-120目。
在砂轮基体上钎焊含硼金刚石，钎料为添加Cu-P合金的Ni-Cr-B-Si钎料，Cu-P合金的添加量为Ni-Cr-B-Si合金质量的1-8%，Cu-P合金中P含量为7-10wt%，其余为Cu。
所述Ni-Cr-B-Si合金中Cr 15-17wt%，B 3-3.5wt%，Si3.5-4.5 wt%，C 0.8-1wt%，Fe <5.0wt%，余量为Ni。
制作时，先制作砂轮成型毛坯，之后采用真空钎焊、保护气氛钎焊或感应钎焊的方法制作钎焊单层金刚石砂轮。
制作砂轮成型毛坯时，按砂轮基体/钎料/金刚石磨粒（从下到上）的顺序进行。
将砂轮成型毛坯进行真空钎焊时，真空度不低于10-2Pa，采用常规钎焊工艺，加热温度为950-1100℃，保温1-15min。
上述方法中，可利用机加工的方法制备所需要的砂轮基体，并除油除锈；含硼金刚石在使用前用丙酮进行清洗。
含硼金刚石通过以下方法获得：在金刚石合成粉末中加入2-8wt%的六方氮化硼，利用六面顶压机进行含硼金刚石的合成。在1400-1500℃、5.5-5.7Gpa的高温高压下硼源分解出的硼与触媒熔体的石墨反应生成金属-碳-硼化合物，构成含硼金刚石形核、长大的直接碳源和硼源，得到含硼金刚石。
本发明公开了一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法，含硼金刚石属于Ⅱ b型金刚石，具有优异的抗氧化性、化学惰性、机械强度和导热性能。含硼金刚石晶体表面氧化起始温度平均比常规金刚石晶体表面氧化起始温度高170℃左右，在空气介质中1000℃保温30分钟，常规金刚石单晶的磨耗比下降五分之三，但含硼金刚石单晶的磨耗比仅下降三分之一，可见含硼金刚石单晶的耐热温度比常规金刚石单晶的耐热性好，而含硼金刚石的耐热性能与硼含量有关。用含硼金刚石制作的磨具等工具在使用时，颗粒不容易脱落，耐磨性能高，研磨能力好，粘附性能低，自锐性能强，使用寿命长，具有较好的磨削和切削能力。通过选用含硼金刚石从而适当提高金刚石的热稳定性，然后采用真空钎焊、保护气氛钎焊或感应钎焊的方法制作钎焊含硼金刚石砂轮，实现金刚石与基体的化学冶金结合，有利于金刚石的焊后性能，延长钎焊单层金刚石工具的寿命。
再者，原先的Ni-Cr-B-Si易造成金刚石较大的热损伤，为降低金刚石的热损伤，钎料采用添加少量Cu-P的Ni-Cr-B-Si的镍基钎料，Cu-P钎料塑形较好、熔点较低，由于P具有一定的脆性，添加量受到限制，但作为制作砂轮，适当有一定的脆性，可以增加砂轮的自锐性。新型钎料首先可降低触媒合金元素的比例，其次降低了熔点，最后适量的P增加脆性，有利于金刚石的出露。
本发明方法获得的砂轮可用于玻璃、石材、硬质合金、陶瓷等材料的切割加工。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
本发明由于采用了含硼金刚石，其较高的热稳定性确保了金刚石较低的热损伤，新型钎料进一步降低了金刚石焊后热损伤，因此获得的砂轮使用寿命长可提高20%以上，磨削性能提高10-15%。
附图说明
图1为金刚石砂轮钎焊结构示意图，其中1为含硼金刚石层，2为钎料层，3为砂轮基体。
具体实施方式
以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：
实施例1-3采用的钎料为含Cu-P合金的Ni-Cr-B-Si合金，Ni-Cr-B-Si中Cr 15-17wt%，B 3-3.5 wt %，Si3.5-4.5 wt %，C 0.8-1 wt %，Fe <5.0 wt %，余量为Ni。
实施例1
一种钎焊单层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，砂轮基体为45号钢（下同）。含硼金刚石为45-60目，其硼含量在（50-260）×1018at/cm3，钎料中Cu-P合金添加量为Ni-Cr-B-Si合金质量的2%，Cu-P合金中P的含量为7%，其余为Cu。
采用的含硼金刚石通过下法获得：在金刚石合成粉末中加入5wt%的六方氮化硼，利用六面顶压机在1450℃、5.6Gpa的压力下进行含硼金刚石的合成。
将钎料机械搅拌15分钟混合均匀。按照砂轮基体/钎料/金刚石磨粒顺序制备砂轮成型毛坯。将砂轮成型毛坯放入加热炉中，1050℃保温5分钟进行真空钎焊，使钎料与金刚石磨粒发生反应，随炉冷却至室温出炉，制作完成钎焊单层金刚石砂轮。
实施例2
一种钎焊单层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。含硼金刚石磨粒目数为30-45，其硼含量在（50-260）×1018at/cm3，钎料中Cu-P合金添加量为Ni-Cr-B-Si合金质量的3%，Cu-P合金中P的含量为10%，其余为Cu。
采用的含硼金刚石通过下法获得：在金刚石合成粉末中加入3wt%的六方氮化硼，利用六面顶压机在1420℃、5.7Gpa的压力下进行含硼金刚石的合成。
将钎料机械搅拌15分钟混合均匀。按照砂轮基体/钎料/金刚石磨粒顺序制备砂轮成型毛坯。将砂轮成型毛坯放入保护气氛加热炉，在1040℃保温5分钟进行保护气氛钎焊，使钎料与金刚石磨粒发生反应，随炉冷却至室温出炉，制备钎焊单层金刚石砂轮。
实施例3
一种钎焊单层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。含硼金刚石磨粒的目数为45-60，其硼含量在（50-260）×1018at/cm3，钎料中Cu-P合金添加量为Ni-Cr-B-Si合金质量的5%，Cu-P合金中P的含量为8%，其余为Cu。
采用的含硼金刚石通过下法获得：在金刚石合成粉末中加入8wt%的六方氮化硼，利用六面顶压机在1500℃、5.5Gpa的压力下进行含硼金刚石的合成。
将钎料机械搅拌15分钟混合均匀。按照砂轮基体/钎料/金刚石磨粒顺序制备砂轮成型毛坯。将砂轮成型毛坯放入加热炉，在1030℃，保温2分钟工艺下进行氩气保护钎焊，使钎料与金刚石磨粒发生反应，随炉冷却至室温出炉，钎焊单层金刚石砂轮。
对比例
钎料采用Ni-Cr-B-Si合金，含硼金刚石用金刚石代替，其他同实施例1。
表1为实施例1-3与对比例相比较砂轮寿命以及磨削性能提高的比例。
表1
  砂轮寿命 磨削性能
实施例1 20% 12%
实施例2 23% 15%
实施例3 21% 14%

Claims (6)

1. 一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法，其特征在于，所述金刚石为含硼金刚石，其中硼的含量为（50-260）×1018at/cm3。
2.如权利要求1所述的钎焊单层金刚石砂轮的制作方法，其特征在于，在砂轮基体上钎焊含硼金刚石，钎料为添加Cu-P合金的Ni-Cr-B-Si钎料，Cu-P合金的添加量为Ni-Cr-B-Si合金质量的1-8%，Cu-P合金中P含量为7-10wt%，其余为Cu。
3.如权利要求2所述的钎焊单层金刚石砂轮的制作方法，其特征在于，所述Ni-Cr-B-Si合金中Cr 15-17wt%，B 3-3.5wt%，Si3.5-4.5 wt%，C 0.8-1wt%，Fe <5.0wt%，余量为Ni。
4.如权利要求2或3所述的钎焊单层金刚石砂轮的制作方法，其特征在于，先制作砂轮成型毛坯，之后采用真空钎焊、保护气氛钎焊或感应钎焊的方法制作钎焊单层金刚石砂轮。
5.如权利要求4所述的钎焊单层金刚石砂轮的制作方法，其特征在于，将砂轮成型毛坯进行真空钎焊，真空度不低于10-2Pa，采用常规钎焊工艺，加热温度为950-1100℃，保温1-15min。
6.如权利要求1所述的钎焊单层金刚石砂轮的制作方法，其特征在于，金刚石粒径为30-120目。
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