CN106737244B - 一种钎焊超硬磨料工具及其制备方法 - Google Patents

一种钎焊超硬磨料工具及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于超硬材料制品技术领域，具体涉及一种钎焊超硬磨料工具及其制备方法。一种钎焊超硬磨料工具，包括基体以及设置在基体上的钎料层，钎料层包括靠近基体的镍基钎料层以及设置在镍基钎料层表面的铜基钎料层；铜基钎料层中嵌设有超硬磨料颗粒；铜基钎料层的厚度小于超硬磨料颗粒的粒径。本发明钎焊超硬磨料工具，形成基体‑镍基钎料‑铜基钎料‑超硬磨料的复合结构，提高了基体‑钎料‑超硬磨料之间的结合强度，同时钎焊温度低，能够降低钎焊时对超硬磨料产生的热损伤。

Description

一种钎焊超硬磨料工具及其制备方法
技术领域
本发明属于超硬材料制品技术领域，具体涉及一种钎焊超硬磨料工具及其制备方法。
背景技术
钎焊技术可以实现基体、钎料和超硬磨料之间的高强度化学冶金结合。钎焊金刚石工具中，金刚石出露高度可以达到70％～80％，因此磨削锋利，加工效率高，使用寿命长，在铸铁、合金钢等硬脆性材料和复合材料的切割、打磨中表现出了无可比拟的优势，具有广阔的市场应用前景。
目前，现有技术中的超硬磨料工具常包括基体以及设置在基体上的钎料层。钎焊金刚石工具用钎料主要分为镍基钎料和铜基钎料。镍基钎料采用雾化法制粉工艺制备，形状呈球形或近球形，钎料熔化后在基体表面铺展润湿性能好，在金刚石表面的爬升能力强，能将金刚石牢固焊接到基体上，同时保证金刚石的出露高度，因此应用广泛。但镍基钎料属高温钎料，钎焊温度约在1050℃，对金刚石热损伤严重，钎焊后金刚石强度将会降低30％～50％，使用时增加了金刚石破碎的可能性。铜基钎料形状为粉末状，熔化后在基体表面铺展性能不好，易结块，导致对磨料的把持力不够，因此应用受到限制。但铜基钎料钎焊温度比镍基钎料低，约在950℃左右，对金刚石热损伤较小，值得进一步开发研究铜基钎焊工具。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钎焊超硬磨料工具，在保证较低钎焊温度的同时提高基体-钎料-超硬磨料之间的结合强度。
本发明第二个目的在于提供上述钎焊超硬磨料工具的制备方法。
为实现以上目的，本发明的技术方案为：
一种钎焊超硬磨料工具，包括基体以及设置在基体上的钎料层，所述钎料层包括靠近基体的镍基钎料层以及设置在镍基钎料层表面的铜基钎料层；所述铜基钎料层中嵌设有超硬磨料颗粒；所述铜基钎料层的厚度小于所述超硬磨料颗粒的粒径。
所述基体为碳钢或合金钢。
所述镍基钎料层为镍基合金NiCr15或NiCr14B3Si5。
所述镍基合金的粒度为200目。
所述镍基钎料层的厚度为50μm～100μm。
所述铜基钎料层为铜基合金CuSn15Ti10。
所述铜基合金的粒度为60～100目。
所述超硬磨料颗粒为金刚石和立方氮化硼中的任意一种或两种。
所述金刚石的粒度为70/80目。
所述立方氮化硼的粒度为40/50目。
所述超硬磨料颗粒在钎料层中的出露高度为磨料颗粒粒径的50％～70％。
所述钎焊超硬磨料工具的制备方法，包括以下步骤：在基体层表面钎焊镍基钎料，形成镍基钎料层，在镍基钎料层表面布设铜基钎料和超硬磨料颗粒，然后在真空条件下，920℃～960℃保温20～50min，即得。
所述在镍基钎料层表面布设铜基钎料和超硬磨料颗粒具体为在镍基钎料层表面先布设铜基钎料再布设超硬磨料颗粒。
所述基体在钎焊镍基钎料前需经预处理。
所述预处理为用5％～15％酒精清洗或者进行喷砂处理，以除掉基体表面的油渍、杂质等。喷砂处理所用砂子为粒度为60目的白刚玉。
所述在基体层表面钎焊镍基钎料的条件为：真空条件下1030℃～1070℃保温10～30min。
所述升温至1030℃～1070℃的升温速率为5℃/分钟。
所述升温至920℃～960℃的升温速率为5℃/分钟。
所述在基体表面钎焊镍基钎料前先在基体表面均匀涂布一层0.5～1mm厚的不干胶。
所述在镍基钎料层表面布设铜基钎料和超硬磨料颗粒前先在镍基钎料层表面均匀涂布一层0.5～1mm厚的不干胶。
本发明钎焊超硬磨料工具采用先在基体层表面钎焊上一层薄的高熔点的镍基钎料层，再在镍基钎料层表面布上低熔点铜基钎料和超硬磨料进行第二次钎焊。本发明制备钎焊超硬磨料工具的方法，可以有效改善铜基钎料在基体表面的润湿铺展性。在铜基钎料钎焊温度下，镍基钎料层元素和铜基钎料元素相互扩散，镍基钎料层作为基体和铜基钎料层之间的过渡层，能提高铜基钎料的润湿铺展性能。采用此方法制备的钎焊超硬磨料工具，形成基体-镍基钎料-铜基钎料-超硬磨料的复合结构，提高了基体-钎料-超硬磨料之间的结合强度，同时钎焊温度低，能够降低钎焊时对超硬磨料产生的热损伤。
本发明钎焊超硬磨料工具与现有钎焊工具制备方法相比有以下优势：
(1)镍基钎料层作为过渡层，能够改善铜基钎料熔化后的润湿铺展性，形成基体-镍基钎料层-铜基钎料层-超硬磨料的复合结构，提高基体-钎料层-超硬磨料三者之间的结合强度，增大铜基钎料应用范围；
(2)与镍基钎焊工具相比，本发明钎焊温度降低100℃左右，能降低高温下对超硬磨料造成的热损伤，提高工具使用寿命。
附图说明
图1为本发明钎焊超硬磨料工具的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例钎焊超硬磨料工具，如图1所示，包括65Mn钢钥匙孔锯片基体4、设置在基体上的NiCr15合金镍基钎料层3，设置在镍基钎料层表面的CuSn15Ti10铜基钎料层2，以及嵌设在铜基钎料层中的金刚石颗粒1。
本实施例钎焊超硬磨料工具的制备方法，包括以下步骤：
(1)取尺寸规格为100mm×1.2mm×16mm的65Mn钢钥匙孔锯片基体放入5％酒精中进行超声波清洗2分钟，除掉基体表面的油渍、杂质等，晾干后待用；
(2)在基体上量取10mm宽环形工作层，在工作层区域均匀涂覆一层厚度约0.5mm的不干胶，在不干胶表面布上200目的NiCr15合金钎料，放入真空钎焊炉，在真空条件下，以5℃/分钟的速度升温至1050℃，保温15分钟后，随炉冷却至室温后出炉，即在基体工作层区域表面钎焊上一层薄镍基钎料层；
(3)将步骤(2)得到的薄镍基钎料层表面均匀涂覆一层0.5mm厚的不干胶，在不干胶表面布上粒度为80目的CuSn15Ti10钎料和粒度为70/80目的金刚石，之后放入真空钎焊炉，在真空条件下，以5℃/分钟的速度升温至950℃，保温20分钟后，随炉冷却至室温后出炉，即得。
实施例2
本实施例钎焊超硬磨料工具，包括50号钢平磨片基体，设置在基体的NiCr14B3Si5合金镍基钎料层，设置在镍基钎料层表面的CuSn15Ti10铜基钎料层，以及嵌设在铜基钎料层中的立方氮化硼。
本实施例钎焊超硬磨料工具的制备方法，包括以下步骤：
(1)取尺寸规格为100mm×1.5mm×16mm的50号钢平磨片基体进行喷砂处理(砂子为粒度60目的白刚玉)，除掉基体表面的锈斑等杂质；
(2)在基体工作层区域均匀涂覆一层0.5mm厚的不干胶，在不干胶表面排布一层200目的NiCr14B3Si5合金钎料，放入真空钎焊炉，在真空条件下，以5℃/分钟的速度升温至1070℃，保温10分钟后，随炉冷却至室温后出炉，即在基体工作层区域表面钎焊上一层薄镍基钎料层；
(3)将步骤(2)得到的薄镍基钎料层表面均匀涂覆一层0.5mm厚的不干胶，在不干胶表面布上粒度为100目的CuSn15Ti10钎料和粒度为40/50的CBN(立方氮化硼)磨料后放入真空钎焊炉，在真空条件下，以5℃/分钟的速度升温至960℃，保温50分钟后，随炉冷却至室温后出炉，即得。
实施例3
本实施例钎焊超硬磨料工具，包括75Cr钢钥匙孔锯片基体，设置在基体上的NiCr15合金镍基钎料层，设置在镍基钎料层表面的CuSn15Ti10铜基钎料层，以及嵌设在铜基钎料层中的金刚石。
本实施例钎焊超硬磨料工具的制备方法，包括以下步骤：
(1)取尺寸规格为100mm×1.2mm×16mm的75Cr钢钥匙孔锯片基体放入15％酒精中进行超声波清洗3分钟，除掉基体表面的油渍、杂质等，晾干后待用；
(2)在基体上量取10mm宽环形工作层，在工作层区域均匀涂覆一层厚度约1mm的不干胶和200目NiCr15合金钎料，放入真空钎焊炉，在真空条件下，以5℃/分钟的速度升温至1030℃，保温30分钟后，随炉冷却至室温后出炉，即在基体工作层区域表面钎焊上一层薄镍基钎料层；
(3)将步骤(2)得到的基体镍基钎料层表面均匀涂覆一层1mm厚的不干胶，在不干胶表面布上粒度为60目的CuSn15Ti10钎料和粒度为70/80目的金刚石后放入真空钎焊炉，在真空条件下，以5℃/分钟的速度升温至920℃，保温30分钟后，随炉冷却至室温后出炉，即得。
实施例4
本实施例中，超硬磨料颗粒为金刚石与立方氮化硼以质量比1:1混合而成的混合物，其它均与实施例1相同。
经性质测试表明，本发明钎焊超硬磨料工具，基体-钎料-超硬磨料之间的结合强度高，同时钎焊温度降低100℃左右，大大降低了钎焊时对超硬磨料产生的热损伤，提高了工具使用寿命。

Claims (7)

1.一种钎焊超硬磨料工具，包括基体以及设置在基体上的钎料层，其特征在于，所述钎料层包括靠近基体的镍基钎料层以及设置在镍基钎料层表面的铜基钎料层；所述铜基钎料层中嵌设有超硬磨料颗粒；所述铜基钎料层的厚度小于所述超硬磨料颗粒的粒径；在基体层表面钎焊镍基钎料，形成镍基钎料层，在镍基钎料层表面布设铜基钎料和超硬磨料颗粒，然后在真空条件下，920℃~960℃保温20~50min，即得；所述在基体层表面钎焊镍基钎料的条件为：真空条件下1030℃~1070℃保温10~30min；所述镍基钎料层为镍基合金NiCr15或NiCr14B3Si5；所述铜基钎料层为铜基合金CuSn15Ti10。
2.如权利要求1所述的钎焊超硬磨料工具，其特征在于，所述基体为碳钢或合金钢。
3.如权利要求1所述的钎焊超硬磨料工具，其特征在于，所述超硬磨料颗粒为金刚石和立方氮化硼中的任意一种或两种。
4.如权利要求3所述的钎焊超硬磨料工具，其特征在于，所述金刚石的粒度为70/80目。
5.如权利要求3所述的钎焊超硬磨料工具，其特征在于，所述立方氮化硼的粒度为40/50目。
6.一种如权利要求1所述的钎焊超硬磨料工具的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在基体层表面钎焊镍基钎料，形成镍基钎料层，在镍基钎料层表面布设铜基钎料和超硬磨料颗粒，然后在真空条件下，920℃~960℃保温20~50min，即得；所述在基体层表面钎焊镍基钎料的条件为：真空条件下1030℃~1070℃保温10~30min。
7.如权利要求6所述的钎焊超硬磨料工具的制备方法，其特征在于，升温至920℃~960℃的升温速率为5℃/分钟。
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