CN106553136A - 熔浸法制备金属结合剂金刚石砂轮 - Google Patents

熔浸法制备金属结合剂金刚石砂轮 Download PDF

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何方
赵亚庆
陶艳平
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Abstract

本发明公开了一种采用熔浸工艺制备金属结合剂金刚石砂轮的方法，其特征在于先以高温金属合金、造孔剂和金刚石等原料经高温烧结制备一定孔隙率和孔径的多孔金刚石节块，再通过熔浸工艺将低熔点金属、无机非金属材料等熔渗于节块孔隙中，制备出强度高、自锐性好的致密金属结合剂金刚石节块。最后将节块修磨、加工、装配到基体上，得到金刚石砂轮。此方法制备的砂轮胎体具备双连续相结构，其中，高温合金相为高强度骨架支撑材料对金刚石把持力较强，低熔点熔浸相为硬脆相，能改善结合剂胎体脆性。磨削时硬脆相容易磨损去除，使金刚石能够及时出刃，砂轮磨削锋利，自锐性好，磨削效率高。

Description

熔浸法制备金属结合剂金刚石砂轮
技术领域
本发明属于超硬材料制品领域，具体涉及一种熔浸法制备强度高、自锐性好、磨削效率高的金属结合剂金刚石砂轮的方法。
背景技术
金属结合剂金刚石砂轮具有强度高、耐磨性好、形状保持性好等优点而广泛应用在硬质合金工具、工程陶瓷、玻璃、石材等硬脆难加工材料的磨削加工中。但金属结合剂金刚石磨具工作层致密度高，致使金刚石层出现气孔率低、容屑空间不足、自锐性差等问题，难以满足难加工材料高效磨削的要求。目前为了改善金属结合剂金刚石磨具的自锐性，可以采用以下两种方法：一是通过增加青铜结合剂中锡的含量来提高结合剂脆性。当锡含量超过5%之后，合金中会出现硬脆的δ相，并且随着锡含量的增加，硬脆相含量也会增多。但当锡含量超过20%之后，合金组织中会产生大量的δ相，使合金变得很脆，导致磨具强度急剧降低，影响磨具的使用性能。二是通过添加造孔剂引入孔隙结构，制备多孔金属结合剂金刚石砂轮。孔隙结构在一定程度上能提高砂轮的自锐性，但气孔同时也会成为裂纹源或者应力集中源，导致砂轮强度和韧性的降低。
熔浸是利用毛细管力的作用，使熔融材料渗入到骨架材料孔隙中，目的是增加材料强度、致密度、硬度和冲击韧性等性能。熔浸工艺较多应用在制备合金材料、金属—陶瓷等双连续相复合材料等领域，而在制备金刚石工具方面多为渗浸化学物质在孔隙中形成一层固化膜，磨削时固化膜受热熔化起到冷却和润滑的作用；或是通过熔浸金属合金或钎料，目的是为了提高胎体对金刚石的把持力。而直接通过往多孔金属结合剂金刚石节块中熔渗金属合金、陶瓷或玻璃等硬脆材料起到补强和改善金刚石工具胎体脆性、提高自锐性的方法却鲜有人用。采用先高温烧结制备多孔金属骨架，再熔浸低熔点金属、陶瓷或玻璃等材料制备金属结合剂金刚石节块的方法，可以克服上述两种方法制备的节块强度低的缺陷，同时由于在胎体中形成骨架合金相和熔渗材料硬脆相的双连续相结构，使胎体既有较高的强度和对金刚石的高把持力，又具有一定的脆性。磨削时脆性相容易磨损去除，使金刚石及时出刃，能够提高金刚石砂轮的自锐性，使得砂轮磨削锋利、加工效率高。
发明内容
本发明的目的是克服金属结合剂金刚石砂轮自锐性差的缺点，提出一种在多孔金属结合剂金刚石节块中熔渗低熔点金属或无机非金属等硬脆材料的方法，在胎体中形成双连续相结构，制备出强度高、自锐性好的金属结合剂金刚石砂轮，提高砂轮的加工效率和使用性能。
本发明通过以下技术方法来实现：
（1）选用一定粒度的骨架合金粉末、造孔剂和金刚石按照一定的质量比例称取，加入润湿剂，在混料机中混合均匀，得到节块混合料；
（2）将步骤（1）得到的节块混合料装入模具中，在冷压机上压制成型，得到节块压块；
（3）将步骤（2）得到的冷压节块放入真空烧结炉中，在真空度≦10-2Pa下，加热除去造孔剂；继续加热升温至烧结温度，保温一段时间；以一定的速度降至室温，得到多孔金属结合剂金刚石节块；
（4）在坩埚中铺一层合适厚度的熔浸材料，将步骤（3）得到的多孔节块放在上面，然后再铺一层合适厚度的熔浸材料；在真空或氩气气氛下，以一定速度升温至熔浸材料熔化成液相的温度，保温一定时间；熔浸完成后，再以一定的速度降至室温，得到熔浸致密金刚石节块；
（5）将步骤（4）得到的节块经磨弧、加工后装配到清理干净的基体上，得到金刚石砂轮。
具体实施方式
实例1
（1）按质量比1:0.2的比例称取粒度200目NiCr15合金钎料与粒度30目碳酸氢铵造孔剂，再与粒度40/45金刚石磨料，按金刚石浓度50%的比例，加入适量液体石蜡作润湿剂，在混料机中混合均匀，得到节块混合料；
（2）将步骤（1）得到的节块混合料装入弧形模具（内弧直径260mm，外弧直径276mm，长度27mm，厚度6mm）中，在冷压机上压制成型，压制压力400Mpa，保压时间45秒，得到节块压块；
（3）将步骤（2）得到的冷压节块放入真空烧结炉中，在真空度≦10-2Pa下，以5℃/分钟的升温速度升至200℃，保温20分钟，除去造孔剂碳酸氢铵；继续升温至1050℃，保温1小时；以5℃/分钟的速度降温至300℃后随炉冷却，得到多孔金属结合剂金刚石节块；
（4）在坩埚中铺一层厚度约为4mm、粒度300目的Cu75Sn25合金粉（熔点800℃左右），将步骤（3）得到的多孔节块放在上面，然后再铺一层约6mm厚的Cu75Sn25合金粉；在真空气氛下，以5℃/分钟的速度升温至850℃，铜锡合金熔化为液相熔浸开始，保温时间2小时；熔浸完成，以5℃/分钟的速度降温至520℃，保温30分钟；再以5℃/分钟的速度降至室温，得到熔浸致密金刚石节块；
（5）用砂纸将步骤（4）得到的节块表面粘附物磨除干净，经磨弧处理去掉氧化皮、用丙酮清洗节块晾干后，在节块和清洗干净的基体上均匀涂上一层银钎焊剂，采用高频感应将节块焊接到基体上，得到金刚石砂轮。
实例2
（1）按质量比1:0.3的比例称取粒度300目CuMn10Co3合金钎料与粒度40目碳酸氢铵造孔剂，再与粒度50/60金刚石磨料，按金刚石浓度100%的比例，加入适量液体石蜡作润湿剂，在混料机中混合均匀，得到节块混合料；
（2）将步骤（1）得到的节块混合料装入模具（内弧直径260mm，外弧直径276mm，长度27mm，厚度6mm）中，在冷压机上压制成型，压制压力450Mpa，保压时间45秒，得到节块压块；
（3）将步骤（2）得到的冷压节块放入真空烧结炉中，在真空度≦10-2Pa下，以5℃/分钟的升温速度升至200℃，保温20分钟，除去造孔剂碳酸氢铵；继续升温至1100℃，保温1小时；以5℃/分钟的速度降温至300℃后随炉冷却，得到多孔金属结合剂金刚石节块；
（4）在坩埚中铺一层厚度约为4mm、粒度200目的低温陶瓷结合剂玻璃料50%SiO2-25%B2O3-15Al2O3-10R2O（熔点760~820℃），将步骤（3）得到的多孔节块放在上面，然后再铺一层约6mm厚的陶瓷结合剂玻璃料；在氩气气氛下，以5℃/分钟的速度升温至850℃，玻璃料熔化为液相熔浸开始，保温时间2小时；熔浸完成，以5℃/分钟的速度降至室温，得到熔浸致密金刚石节块；
（5）用砂纸将步骤（4）得到的节块表面粘附物磨除干净，经磨弧处理去掉氧化皮、用丙酮清洗节块晾干后，用环氧树脂胶将节块粘接到清洗干净的基体上，并在180℃干燥45分钟，得到金刚石砂轮。
实例3
（1）按质量比1:0.2的比例称取粒度200目CuMn11Ni2合金钎料与粒度40目硬脂酸造孔剂，再与粒度40/45金刚石磨料，按金刚石浓度100%的比例，加入适量液体石蜡作润湿剂，在混料机中混合均匀，得到节块混合料；
（2）将步骤（1）得到的节块混合料装入模具（内弧直径260mm，外弧直径276mm，长度27mm，厚度6mm）中，在冷压机上压制成型，压制压力450Mpa，保压时间60秒，得到节块压块；
（3）将步骤（2）得到的冷压节块放入真空烧结炉中，在真空度≦10-2Pa下，以5℃/分钟的升温速度升至300℃，保温20分钟，除去造孔剂硬脂酸；继续升温至1000℃，保温1小时；以5℃/分钟的速度降温至300℃后随炉冷却，得到多孔金属结合剂金刚石节块；
（4）在坩埚中铺一层厚度约为4mm、粒度200目的低熔点硼玻璃粉（熔点600~650℃），将步骤（3）得到的多孔节块放在上面，然后再铺一层约6mm厚的低熔点硼玻璃粉；在真空气氛下，以5℃/分钟的速度升温至700℃，玻璃粉熔化为液相熔浸开始，保温时间2小时，熔浸完成；以5℃/分钟的速度降至室温，得到熔浸致密金刚石节块；
（5）用砂纸将步骤（4）得到的节块表面粘附物磨除干净，经磨弧处理去掉氧化皮、用丙酮清洗节块晾干后，在节块和清洗干净的基体上均匀涂上一层银钎焊剂，采用高频感应将节块焊接到基体上，得到金刚石砂轮。

Claims (4)

1.一种采用熔浸工艺制备金属结合剂金刚石砂轮的方法，其特征在于先制备一定孔隙率和孔径的多孔金属结合剂金刚石节块，然后通过熔浸工艺将待熔浸金属或非金属熔渗于节块孔隙中形成硬脆相，冷却后得到强度高、自锐性好的致密金刚石节块;将节块修磨、加工、装配到基体上，得到金刚石砂轮。
2.根据权利1的要求，多孔金刚石节块的骨架材料为高强度高温合金。
3.根据权利1的要求，熔浸材料可以是低熔点合金、陶瓷或者玻璃等材料。
4.根据权利1的要求，骨架材料对金刚石把持力强，熔浸材料在胎体中以硬脆相存在。
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