CN103817610B - 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

本发明公开了一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法，包括以下步骤：利用机械加工的方法制备金刚石砂轮的基体，除油除锈；采用Cu粉、Sn粉、TiH2粉和WC粉的混合物做为钎焊金刚石砂轮的钎料，机械搅拌均匀；将金刚石砂轮的基体、钎料和金刚石磨粒按顺序布置制作工具成型毛坯；将工具成型毛坯放入真空炉，采用钎焊工艺，使钎料与金刚石磨粒发生化学反应，随炉冷却至室温出炉。本发明以TiH2为Ti源在一定程度上可以降低原料成本，同时避免被氧化污染；向Cu粉，Sn粉，TiH2粉的混合粉末中加入超细WC粉，可以增强钎料的耐磨性、耐热性，可以减少金刚石的石墨化，从而降低金刚石的热损伤，以使金刚石磨料工具的性能得到充分发挥。

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，具体涉及一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法。
背景技术
钎焊单层金刚石砂轮实现了金刚石、结合剂（钎料）和金属基体界面上强有力的化学冶金结合，使金刚石出露高度达到2/3粒径，且在工作时不脱落。因而钎焊砂轮锋利，容屑空间大，不易堵塞，磨料的利用更加充分。在与电镀砂轮相同条件下，磨削力、功率消耗和磨削温度更低。
钎焊金刚石的钎料主要有以Ag-Cu-Ti合金为主的银基钎料和以Ni-Cr合金为主的镍基钎料。Ag-Cu-Ti钎料熔点低，但钎料中含有Ag等贵金属，成本较高；Ni-Cr合金由于熔点高，且含有触媒元素Ni、Fe等，钎焊过程中容易对金刚石造成热损伤，致使这些钎料的广泛应用受到了一定的限制。目前以Cu-Sn-Ti合金为主的铜基钎料由于性能与Ag-Cu-Ti系钎料相近，成本远低于Ag-Cu-Ti系钎料而备受关注。
Cu-Sn-Ti合金熔点低，对金刚石热损伤较小，但高温综合性能较差，在加工磨削过程中易磨损，导致金刚石颗粒脱落，而且Ti的活性大，不仅在熔化状态下，即使在固相态，也极易被水分、空气、油脂及氧化物等污染，吸收氧、氮、碳等，并引起气孔、裂纹。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对Ti的活性大，易氧化使焊接接头塑性和韧性下降的问题，提供了以TiH2替代Ti，进行Cu-Sn-TiH2钎焊金刚石工具的制作方法。
本发明的技术方案为：一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法，包括以下步骤：
(1)利用机械加工的方法制备金刚石砂轮的基体，除油除锈；
(2)采用Cu粉、Sn粉、TiH2粉和WC粉的混合物做为钎焊金刚石砂轮的钎料，机械搅拌均匀，所述Cu粉、Sn粉、TiH2粉和WC粉的重量份比为：50~55：20~30：10~20：5~15，其中Cu粉、Sn粉和TiH2粉颗粒粒径为80~200μm，WC粉颗粒粒径为5~50μm；
(3)将金刚石砂轮的基体、钎料和金刚石磨粒按顺序布置制作工具成型毛坯；
(4)将工具成型毛坯放入真空炉，采用钎焊工艺，在加热温度为920~1020℃的条件下，保温5~10min，使钎料与金刚石磨粒发生化学反应，随炉冷却至室温出炉，制成新型单层钎焊金刚石工具。
所述步骤(2)中的机械搅拌时间为20~30min。
所述步骤(4)中的钎焊工艺为真空钎焊工艺。
所述步骤（3）中金刚石磨粒的粒径为150~240μm
本发明的有益效果：本发明以TiH2为Ti源在一定程度上可以降低原料成本，同时避免被氧化污染；向Cu粉，Sn粉，TiH2粉的混合粉末中加入超细WC粉，可以增强钎料的耐磨性；同时Cu粉，Sn粉，TiH2粉，WC粉都是粉末颗粒，能很好的混合均匀。
由于TiH2在高真空和一定温度下脱氢可得到活性的Ti元素，Ti元素向金刚石表面扩散形成相应的碳化物，实现金刚石与钎料之间的化学冶金结合，确保了钎料对金刚石的把持力；而且氢气脱离过程中，会在最终合成物上形成气孔，不仅使工具的修整修锐能力得到改善，更扩大了工具的容屑空间；WC是典型的硬质合金，耐热性好，热至1000℃仍保持较高的硬度和耐磨性，因此加入一定量的WC能提高胎体的硬度和耐磨性、耐热性，可以减少金刚石的石墨化，从而降低金刚石的热损伤，以使金刚石磨料工具的性能得到充分发挥。
附图说明
图1为金刚石砂轮钎焊结构示意图。
具体实施方式
实施例1
一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法：以TiH2做为活性Ti源，采用Cu-Sn-TiH2钎焊金刚石工具的制作方法，选用Q235钢作为砂轮基体，并利用机械加工的方法制备金刚石工具的基体，对加工后的砂轮基体除油除锈，选用50份Cu粉，25份Sn粉，15份TiH2粉和10份WC粉作为钎料，其中Cu粉、Sn粉和TiH2粉颗粒粒径为80~200μm，WC粉颗粒粒径为5~50μm；将钎料机械搅拌25min混合均匀，然后按照工具基体/钎料/金刚石磨粒顺序制备工具毛坯；其表面放置金刚石磨粒25颗/cm2，金刚石粒径为200~240μm，磨粒均匀分布，钎料按工具待钎焊面积进行放置，其量为0.12g/cm2；将工具毛坯放入真空炉，真空度5～8×10-3Pa，在990℃，保温10min工艺下进行真空钎焊，使钎料与金刚石磨粒发生反应，随炉冷却至室温出炉，制成新型单层钎焊金刚石工具。
实施例2
一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法：以TiH2做为活性Ti源，采用Cu-Sn-TiH2钎焊金刚石工具的制作方法，选用Q235钢作为砂轮基体，并利用机械加工的方法制备金刚石工具的基体，对加工后的砂轮基体除油除锈，选用55份Cu粉，20份Sn粉，10份TiH2粉和15份WC粉作为钎料，其中Cu粉、Sn粉和TiH2粉颗粒粒径为80~200μm，WC粉颗粒粒径为5~50μm；将钎料机械搅拌30min混合均匀，然后按照工具基体/钎料/金刚石磨粒顺序制备工具毛坯；其表面放置金刚石磨粒25颗/cm2，金刚石粒径为200~240μm，磨粒均匀分布，钎料按工具待钎焊面积进行放置，其量为0.12g/cm2；将工具毛坯放入真空炉，真空度5～8×10-3Pa，在920℃，保温10min工艺下进行真空钎焊，使钎料与金刚石磨粒发生反应，随炉冷却至室温出炉，制成新型单层钎焊金刚石工具。
实施例3
一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法：以TiH2做为活性Ti源，采用Cu-Sn-TiH2钎焊金刚石工具的制作方法，选用Q235钢作为砂轮基体，并利用机械加工的方法制备金刚石工具的基体，对加工后的砂轮基体除油除锈，选用50份Cu粉，30份Sn粉，15份TiH2粉和5份WC粉作为钎料，其中Cu粉、Sn粉和TiH2粉颗粒粒径为80~200μm，WC粉颗粒粒径为5~50μm；将钎料机械搅拌20min混合均匀，然后按照工具基体/钎料/金刚石磨粒顺序制备工具毛坯；其表面放置金刚石磨粒25颗/cm2，金刚石粒径为200~240μm，磨粒均匀分布，钎料按工具待钎焊面积进行放置，其量为0.12g/cm2；将工具毛坯放入真空炉，真空度5～8×10-3Pa，在1020℃，保温5min工艺下进行真空钎焊，使钎料与金刚石磨粒发生反应，随炉冷却至室温出炉，制成新型单层钎焊金刚石工具。
实施例4
一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法：以TiH2做为活性Ti源，采用Cu-Sn-TiH2钎焊金刚石工具的制作方法，选用Q235钢作为砂轮基体，并利用机械加工的方法制备金刚石工具的基体，对加工后的砂轮基体除油除锈，选用52份Cu粉，20份Sn粉，20份TiH2粉和8份WC粉作为钎料，其中Cu粉、Sn粉和TiH2粉颗粒粒径为80~200μm，WC粉颗粒粒径为5~50μm；将钎料机械搅拌25min混合均匀，然后按照工具基体/钎料/金刚石磨粒顺序制备工具毛坯；其表面放置金刚石磨粒25颗/cm2，金刚石粒径为200~240μm，磨粒均匀分布，钎料按工具待钎焊面积进行放置，其量为0.12g/cm2；将工具毛坯放入真空炉，真空度5～8×10-3Pa，在1000℃，保温8min工艺下进行真空钎焊，使钎料与金刚石磨粒发生反应，随炉冷却至室温出炉，制成新型单层钎焊金刚石工具。
实施例5
一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法：选用TiH2为活性Ti源，采用Cu-Sn-TiH2钎焊金刚石工具的制作方法，选用Q235钢作为砂轮基体，并利用机械加工的方法制备金刚石工具的基体，对加工后的砂轮基体除油除锈，钎料选用Cu粉55份，Sn粉20份，TiH2粉15份，超细WC粉10份，将钎料机械搅拌30min混合均匀，然后按照工具基体/钎料/金刚石磨粒顺序制备工具毛坯；其表面放置金刚石磨粒30颗/cm2，金刚石粒径为200~240μm，磨粒均匀分布，钎料按工具待钎焊面积进行放置，其量为0.15g/cm2。将工具毛坯放入真空炉，真空度5～8×10-3Pa，在1000℃，保温5min工艺下进行真空钎焊，使钎料与金刚石磨粒发生反应，随炉冷却至室温出炉，制备新型单层钎焊金刚石工具。
实施例6
一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法：选用TiH2为活性Ti源，采用Cu-Sn-TiH2钎焊金刚石工具的制作方法，选用45钢作为砂轮基体，并利用机械加工的方法制备金刚石工具的基体，对加工后的砂轮基体除油除锈，钎料选用Cu粉52份，Sn粉25份，TiH2粉15份，超细WC粉8份，将钎料机械搅拌30min混合均匀，然后按照工具基体/钎料/金刚石磨粒顺序制备工具毛坯；金刚石粒径为180~220μm，其表面放置金刚石磨粒25颗/cm2，钎料按工具待钎焊面积进行放置，其量为0.12g/cm2，将工具毛坯放入真空炉，真空度5～8×10-3Pa，在980℃，保温10min工艺下进行真空钎焊，使钎料与金刚石磨粒发生反应，随炉冷却至室温出炉，制备新型单层钎焊金刚石工具。
实施例7
一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法：选用TiH2为活性Ti源，采用Cu-Sn-TiH2钎焊金刚石工具的制作方法，利用机加工的方法制备金刚石工具的基体，对Q235钢基体除油除锈，钎料选用Cu粉50份，Sn粉25份，TiH2粉14份，超细WC粉11份，将钎料机械搅拌30min混合均匀，然后按照工具基体/钎料/金刚石磨粒顺序制备工具毛坯；金刚石粒径为180~220μm，其表面放置金刚石磨粒25颗/cm2，钎料按工具待钎焊面积进行放置，其量为0.12g/cm2，将工具毛坯放入真空炉，真空度5～8×10-3Pa，在950℃，保温10min工艺下进行真空钎焊，使钎料与金刚石磨粒发生反应，随炉冷却至室温出炉，制备新型单层钎焊金刚石工具。
实施例8
一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法：选用TiH2为活性Ti源，采用Cu-Sn-TiH2钎焊金刚石工具的制作方法，利用机加工的方法制备金刚石工具的基体，对Q235钢基体除油除锈，钎料选用Cu粉55份，Sn粉25份，TiH2粉15份，超细WC粉5份，将钎料机械搅拌30min混合均匀，然后按照工具基体/钎料/金刚石磨粒顺序制备工具毛坯，金刚石粒径为150~180μm，其表面放置金刚石磨粒30颗/cm2，钎料按工具待钎焊面积进行放置，其量为0.1g/cm2，将工具毛坯放入真空炉，真空度5～8×10-3Pa，在980℃，保温10min工艺下进行真空钎焊，使钎料与金刚石磨粒发生反应，随炉冷却至室温出炉，制备新型单层钎焊金刚石工具。
实施例9
一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法：选用TiH2为活性Ti源，采用Cu-Sn-TiH2钎焊金刚石工具的制作方法，利用机械加工的方法制备金刚石工具的基体，对Q235钢基体除油除锈，钎料选用Cu粉50份，Sn粉20份，TiH2粉15份，超细WC粉15份，将钎料机械搅拌30min混合均匀，金刚石粒径为180~210μm，其表面放置金刚石磨粒30颗/cm2，钎料按工具待钎焊面积进行放置，其量为0.1g/cm2，然后按照工具基体/钎料/金刚石磨粒顺序制备工具毛坯；将工具毛坯放入真空炉，真空度5～8×10-3Pa，在980℃，保温6min工艺下进行真空钎焊，使钎料与金刚石磨粒发生反应，随炉冷却至室温出炉，制备新型单层钎焊金刚石工具。
实施例10
一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法：选用TiH2为活性Ti源，采用Cu-Sn-TiH2钎焊金刚石工具的制作方法，利用机械加工的方法制备金刚石工具的基体，对45钢基体除油除锈，钎料选用Cu粉50份，Sn粉20份，TiH2粉15份，WC粉10份，将钎料机械搅拌30min混合均匀，然后按照工具基体/钎料/金刚石磨粒顺序制备工具毛坯，金刚石按钎焊面积放置25颗/cm2，金刚石粒径为150~180μm，钎料按工具待钎焊面积进行放置，其量为0.15g/cm2，将工具毛坯放入真空炉，真空度5～8×10-3Pa，在980℃，保温10min工艺下进行真空钎焊，使钎料与金刚石磨粒发生反应，随炉冷却至室温出炉，制备新型单层钎焊金刚石工具。
实施例11
一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法：选用TiH2为活性Ti源，采用Cu-Sn-TiH2钎焊金刚石工具的制作方法，利用机械加工制造45钢砂轮的基体，对砂轮基体除油除锈，钎料选用Cu粉50份，Sn粉20份，TiH2粉10份，超细WC粉10份，金刚石按钎焊面积放置30颗/cm2，金刚石粒径为150~180μm，钎料按工具待钎焊面积进行放置，其量为0.15g/cm2，然后按照工具基体/钎料/金刚石磨粒顺序制备工具毛坯，将工具毛坯放入真空炉，真空度5～8×10-3Pa，在1000℃，保温3min工艺下进行真空钎焊，使钎料与金刚石磨粒发生反应，随炉冷却至室温出炉，制备新型单层钎焊金刚石工具。
实施例12
一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法：TiH2中的Ti为活性元素，采用Cu-Sn-TiH2钎焊金刚石工具的制作方法，采用机械加工45钢做为砂轮基体，对砂轮基体除油除锈，钎料选用Cu粉55份，Sn粉25份，TiH2粉15份，WC粉5份，将钎料机械搅拌20min混合均匀，然后按照工具基体/钎料/金刚石磨粒顺序制备工具毛坯；金刚石粒径为150~180μm，金刚石按钎焊面积放置30颗/cm2，钎料按工具待钎焊面积进行放置，其量为0.15g/cm2，将工具毛坯放入真空炉，真空度5～8×10-3Pa，在980℃，保温8min工艺下进行真空钎焊，使钎料与金刚石磨粒发生反应，随炉冷却至室温出炉，制备新型单层钎焊金刚石工具。
实施例13
一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法：TiH2做活性Ti源，采用Cu-Sn-TiH2钎焊金刚石工具的制作方法，基体选用45钢，利用机械加工的方法制备金刚石砂轮的基体，对砂轮基体除油除锈，钎料选用Cu粉50份、Sn粉30份、TiH2粉10份、超细WC粉10份，将钎料机械搅拌25min混合均匀，金刚石按钎焊面积放置20颗/cm2，其粒径为150~180μm，钎料按工具待钎焊面积进行放置，其量为0.15g/cm2，然后按照工具基体/钎料/金刚石磨粒顺序制备工具毛坯，将工具毛坯放入真空炉，真空度5～8×10-3Pa，在920℃，保温8min工艺下进行真空钎焊，使钎料与金刚石磨粒发生反应，随炉冷却至室温出炉，制备新型单层钎焊金刚石工具。

Claims (3)

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)利用机械加工的方法制备金刚石砂轮的基体，除油除锈；
(2)采用Cu粉、Sn粉、TiH2粉和WC粉的混合物做为钎焊金刚石砂轮的钎料，机械搅拌均匀，所述Cu粉、Sn粉、TiH2粉和WC粉的重量份比为：50~55：20~30：10~20：5~15，其中Cu粉、Sn粉和TiH2粉颗粒粒径为80~200μm，WC粉颗粒粒径为5~50μm；
(3)将金刚石砂轮的基体、钎料和金刚石磨粒按顺序布置制作工具成型毛坯；
(4)将工具成型毛坯放入真空炉，采用钎焊工艺，在加热温度为920~1020℃的条件下，保温5~10 min，使钎料与金刚石磨粒发生化学反应，随炉冷却至室温出炉；
所述步骤（3）中金刚石磨粒的粒径为150~240μm。
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：所述步骤(2)中的机械搅拌时间为20~30min。
3.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：所述步骤(4)中的钎焊工艺为真空钎焊工艺。
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