CN108908148A

CN108908148A - 一种高熵合金钎焊立方氮化硼砂轮的制作方法

Info

Publication number: CN108908148A
Application number: CN201810663909.3A
Authority: CN
Inventors: 卢金斌; 马振武; 冯杰; 吴永忠; 朱其新; 汪帮富; 蒋全胜; 张旺玺; 殷振; 曹自洋
Original assignee: Suzhou University of Science and Technology
Current assignee: Yingkou Hongyi Boron Industry Co ltd
Priority date: 2018-06-26
Filing date: 2018-06-26
Publication date: 2018-11-30
Anticipated expiration: 2038-06-26
Also published as: CN108908148B

Abstract

本发明公开了一种高熵合金钎焊立方氮化硼砂轮的制作方法，采用机加工制作砂轮基体，将Co、NiP、Cr、TiH₂、Cu合金化后气体雾化制作钎料，在保护气氛中感应加热的条件下对立方氮化硼磨粒实现高温钎焊，由于钎料中含有一定TiH₂有利于避免Ti的氧化，能够实现大直径砂轮的制造。钎料由五种元素组成，能够形成高熵合金，有利于提高立方氮化硼砂轮的高温性能。

Description

一种高熵合金钎焊立方氮化硼砂轮的制作方法

技术领域

本发明属于磨料磨具技术领域，更具体涉及一种单层立方氮化硼砂轮的制备方法。

背景技术

磨料磨具素有工业牙齿之称，是国民经济尤其是装备制造业不可或缺的一部分。立方氮化硼具有很高的硬度、热稳定性和化学惰性，其硬度仅次于金钢石，但热稳定性远高于金钢石，对铁系金属元素有较大的化学稳定性。立方氮化硼砂轮磨削性能优异，能够高效磨削难加工金属材料，具有生产率高、磨削质量优的特点。采用立方氮化硼砂轮使得磨削发生了革命性变化，是磨削技术的又一次飞跃。随着立方氮化硼磨粒的价格下降，对强韧金属、淬火钢的直接磨削加工采用立方氮化硼磨具的应用愈来愈多。

钎焊能够实现立方氮化硼强力把持，但立方氮化硼工具对钎料具有很高的工艺要求：①为使钎料对立方氮化硼呈现良好的润湿性，钎料中通常应含有活性元素Ti，其能够与立方氮化硼进行界面反应形成氮化物、硼化物，提高了钎料对立方氮化硼的润湿性；②由于金属材料的加工会产生大量的磨削热，钎料应具有较高的高温性能。高熵合金是一种以多种组元为基的合金，其微观组织大多为固溶体，由于具有多种元素的固溶强化，其高温性能、强度较高，而固溶体具有较高的韧性，在含有一定的活性元素后适于钎焊立方氮化硼。

发明内容

本发明所要解决的问题是制造大直径的立方氮化硼砂轮，并提高结合剂对立方氮化硼的把持力和高温性能，以充分发挥立方氮化硼磨削难加工金属材料的优异性能。由于立方氮化硼具有优异的化学稳定性，使得普通金属很难实现良好润湿，添加适量Ti的钎料能够润湿立方氮化硼。采用感应钎焊可以实现大直径砂轮的一次性完成钎焊，避免了小块焊后组装的弊端，具有尺寸精度高的优点。但当大直径砂轮需要感应钎焊时难以有效保护活性元素Ti的的氧化，而采用TiH₂在加热过程中分解H₂的特点，再辅以惰性气体保护，能够成功实现钎焊。

本发明解决其技术问题所采用的制作方法包括下述工艺步骤：

步骤一、采用材料为45钢或65Mn钢进行机加工制备单层立方氮化硼砂轮的砂轮基体，并对砂轮基体除油除锈。

步骤二、将金属粉Co、NiP、Cr、TiH₂、Cu按一定比例组成混合粉末，采用高温熔化后实现合金化，惰性气体雾化制作钎料；其中各种原材料的纯度超过99.9%，按质量比取18~21%的Co粉、18~21%的NiP粉、16~18%的Cr粉、18.5~21%的Cu粉、16~21%的TiH₂粉，其中NiP中含P重量7-8%。

步骤三、将9~15g/cm²压敏胶涂在钢基体表面，将立方氮化硼磨粒均匀粘结在砂轮基体表面，将钎料均匀撒在立方氮化硼和砂轮基体表面，去除未粘结的多余钎料，立方氮化硼粒度为120~300μm；

步骤四、采用感应加热，在惰性气体保护中加热至钎料熔化后进行钎焊，冷却后立方氮化硼磨粒钎焊固定于砂轮基体表面即为成品。钎焊温度为1070~1140℃，保温30-120秒，放入沙坑中进行缓冷，即为成品；另外，设置充满惰性气体的气罩以实现惰性气体保护，保护气罩与惰性气体源连接，惰性气体采用Ar气。其感应加热电流的工作频率在1.2MHz-1.8MHz之间，感应加热电流在10A-30A 之间，进行感应加热钎焊。

本发明的有益效果：

（1）本发明的钎料中含有TiH₂，在钎焊过程中能够利用实时释放的H₂实现保护，避免钎料的氧化，最终实现大直径立方氮化硼砂轮的钎焊。

（2）本发明的工艺方法采用高熵合金作为结合剂，具有高温性能好，对立方氮化硼能够发生适量的界面反应，提高结合剂对立方氮化硼的把持力和高温性能。

具体实施方式

实施例1：

步骤一、采用材料45钢进行机加工制备直径500mm单层立方氮化硼砂轮的砂轮基体，并对砂轮基体除油除锈。

步骤二、将金属粉Co、NiP、Cr、TiH₂、Cu按一定比例组成混合粉末，采用高温熔化后实现合金化，惰性气体雾化制作钎料；其中各种原材料的纯度超过99.9%，按质量比取19%的Co粉、21%的NiP粉、18%的Cr粉、21%的Cu粉、21%的TiH₂粉，其中NiP中含P重量7-8%。

步骤三、将9g/cm²压敏胶涂在钢基体表面，将立方氮化硼磨粒均匀粘结在砂轮基体表面，将钎料均匀撒在立方氮化硼和砂轮基体表面，去除未粘结的多余钎料，立方氮化硼粒度为120~180μm；

步骤四、采用感应加热，在惰性气体保护中加热至钎料熔化后进行钎焊，冷却后立方氮化硼磨粒钎焊固定于砂轮基体表面即为成品。钎焊温度为1070~1090℃，保温30秒，放入沙坑中进行缓冷，即为成品；另外，设置充满惰性气体的气罩以实现惰性气体保护，保护气罩与惰性气体源连接，惰性气体采用Ar气。其感应加热电流的工作频率在1.8MHz之间，感应加热电流在28A 之间，进行感应加热钎焊。

结果表明，采用该方法顺利实现了大直径立方氮化硼砂轮的制作，具有钎料熔化充分、对立方氮化硼润湿性好的特点，在钎缝中基本为固溶体的高熵合金，能够实现对强韧金属的高效磨削。

实施例2：

步骤一、采用材料65Mn钢进行机加工制作直径为150mm单层立方氮化硼砂轮的基体，并对其除油除锈。

步骤二、将金属粉Co、NiP、Cr、TiH₂、Cu按一定比例组成混合粉末，采用高温熔化后实现合金化，惰性气体雾化制作钎料；其中各种原材料的纯度超过99.9%，按质量比取20%的Co粉、20%的NiP粉、18%的Cr粉、21%的Cu粉、21%的TiH₂粉，其中NiP中含P重量7-8%。

步骤三、将15g/cm²压敏胶涂在钢基体表面，将立方氮化硼磨粒均匀粘结在砂轮基体表面，将钎料均匀撒在立方氮化硼和砂轮基体表面，去除未粘结的多余钎料，立方氮化硼粒度为250~300μm；

步骤四、采用感应加热，在惰性气体保护中加热至钎料熔化后进行钎焊，冷却后立方氮化硼磨粒钎焊固定于砂轮基体表面即为成品。钎焊温度为1100~1140℃，保温60秒，放入沙坑中进行缓冷，即为成品；另外，设置充满惰性气体的气罩以实现惰性气体保护，保护气罩与惰性气体源连接，惰性气体采用Ar气。其感应加热电流的工作频率在1.2MHz之间，感应加热电流在15A 之间，进行感应加热钎焊。

结果表明，采用该方法同样可以顺利实现中等直径立方氮化硼砂轮的制作，具有钎料熔化充分、对立方氮化硼润湿性好的特点，在钎缝中基本为固溶体的高熵合金，能够实现对强韧金属的高效磨削。

实施例3：

步骤一、采用材料65Mn钢进行机加工制作直径150mm的单层立方氮化硼砂轮的砂轮基体，并对砂轮基体除油除锈。

步骤二、将金属粉Co、NiP、Cr、TiH₂、Cu按一定比例组成混合粉末，采用高温熔化后实现合金化，惰性气体雾化制作钎料；其中各种原材料的纯度超过99.9%，按质量比取21%的Co粉、21%的NiP粉、16%的Cr粉、21%的Cu粉、21%的TiH₂粉，其中NiP中含P重量7-8%。

步骤三、将12g/cm²压敏胶涂在钢基体表面，将立方氮化硼磨粒均匀粘结在砂轮基体表面，将钎料均匀撒在立方氮化硼和砂轮基体表面，去除未粘结的多余钎料，立方氮化硼粒度为220~260μm；

步骤四、采用感应加热，在惰性气体保护中加热至钎料熔化后进行钎焊，冷却后立方氮化硼磨粒钎焊固定于砂轮基体表面即为成品。钎焊温度为1070~1100℃，保温120秒，放入沙坑中进行缓冷，即为成品；另外，设置充满惰性气体的气罩以实现惰性气体保护，保护气罩与惰性气体源连接，惰性气体采用Ar气。其感应加热电流的工作频率在1.5MHz之间，感应加热电流在12A 之间，进行感应加热钎焊。

结果表明，采用该方法同样实现了小直径立方氮化硼砂轮的制作，具有钎料熔化充分、对立方氮化硼润湿性好的特点，在钎缝中基本为固溶体的高熵合金，能够实现对淬火钢的高效强力磨削。

Claims

1.一种高熵合金钎焊立方氮化硼砂轮的制作方法，其特征在于，所述的制作方法包括下述工艺步骤：

步骤一、砂轮基体的制作：采用机加工的方法制备所需要单层立方氮化硼砂轮的砂轮基体，并对砂轮基体除油除锈；

步骤二、将金属粉Co、NiP、Cr、TiH₂、Cu按一定比例组成混合粉末，采用高温熔化后实现合金化，惰性气体雾化制作钎料；

步骤四、采用感应加热，在惰性气体保护中加热至钎料熔化后进行钎焊，冷却后立方氮化硼磨粒钎焊固定于砂轮基体表面即为成品。

2.根据权利要求1所述的一种高熵合金钎焊立方氮化硼砂轮的制备方法，其特征在于：所述的钎料纯度超过99.9%，按质量比取18~21%的Co粉、18~21%的NiP粉、16~18%的Cr粉、18.5~21%的Cu粉、16~21%的TiH₂粉，其中NiP为含P 7-8%质量的Ni基钎料。

3.根据权利要求1所述的一种高熵合金钎焊立方氮化硼砂轮的制备方法，其特征在于：所述的感应加热的工艺是：钎焊温度为1070~1140℃，保温30-120秒，放入沙坑中进行缓冷，即为成品；另外，设置充满惰性气体的气罩以实现惰性气体保护。

4.根据权利要求1所述的一种高熵合金钎焊立方氮化硼砂轮的制备方法，其特征在于：所述的感应加热，其感应加热电流的工作频率在1.2MHz-1.8MHz之间，感应加热电流在10A-30A 之间，进行感应加热钎焊。

5.根据权利要求3所述的一种高熵合金钎焊立方氮化硼砂轮的制备方法，其特征在于：所述的保护气罩，该保护气罩与惰性气体源连接，惰性气体采用Ar气。

6.根据权利要求1所述的一种高熵合金钎焊立方氮化硼砂轮的制备方法，其特征在于：所述砂轮基体材料为45钢或65Mn钢。