CN108972387A - 一种感应钎焊单层金刚石砂轮的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种感应钎焊单层金刚石砂轮的制备方法，包括以下步骤：选择碳钢或弹簧钢等作为砂轮基体材料，采用机加工的方法制作砂轮基体，将Cu、Mn、Ni、Cr、C粉末熔化后喷粉制成预合金粉即钎料，合金化后的钎料成分均匀，然后布置粉状钎料和磨料，经感应钎焊加热钎料，实现制作钎焊单层金刚石砂轮。金刚石磨粒焊后表面能够形成一薄层碳化物，实现了金刚石与钢基体的化学冶金结合。本发明用于生产砂轮，具有金刚石磨粒的热损伤小、钎焊效果好的优点。

Description

一种感应钎焊单层金刚石砂轮的制备方法
技术领域
本发明属于金刚石工具制作领域，尤其涉及钎焊单层金刚石工具的制造技术。
背景技术
目前，在加工硬脆材料方面多采用金刚石工具，其中钎焊单层金刚石工具具有结合强度高、磨料出露高、利于环境保护、磨料有效利用率高、寿命长等优异特性，有着广泛的应用。此外，钎焊工具表面的磨粒较易实现有序排布，大幅提高了工具效率。因此，钎焊金刚石工具被认为是电镀工具的最佳替代产品。
钎焊多采用含有活性元素（如Cr、Ti、V、W）的Ni、Cu基合金化钎料，其中Ni-Cr-B-Si系钎料具有硬度高、耐磨性好等特点，是当前超硬材料制品行业钎焊金刚石工具应用最广泛的钎料。该钎料熔点较高，其中的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，因此钎焊过程的高温易导致金刚石石墨化，焊后金刚石残余应力较大，最终导致金刚石较大的热损伤。另外，该类工具在切割和磨削花岗岩、石材、陶瓷等硬脆材料时，Ni-Cr基钎料磨损较慢，不利于磨粒出露，使得工具易发生钝化，即自锐性差，影响工作效率。通过采用合金化的钎料，具有成分均匀、熔点低的特点。但如何找到适合于钎焊金刚石的钎料一直是研究的课题，金刚石砂轮一般用于磨削加工，常在加工过程中承受600度以上的高温，但由于金刚石在真空中石墨化的温度大约为1000℃左右，因此较理想的钎焊温度是1000℃以下。同时钎料还要一定的耐磨性，以免钎料在磨削过程中被快速磨掉，导致砂轮失效。
发明内容
本发明的目的是通过降低钎焊温度以降低金刚石在钎焊过程中的热损伤。为了避免金刚石的石墨化，选择Cu基钎料比较合适，同时，考虑到Cu、Mn、Ni在合适的比例能够形成近共晶合金，不仅有利于降低钎焊温度以减少金刚石的热损伤，而且降低了成本。另外Cr在Ni中的溶解度较高，适度的Ni也可以增加Cr在钎料中的溶解度。为降低金刚石的溶解，在钎料中适当增加少量的石墨。
本发明选择Cu、Mn、Ni、Cr、C粉末熔化后喷粉制成预合金粉作为钎料。
采用具有升温速度快、加热集中的高频感应对砂轮基体、钎料、金刚石进行加热，降低了基体在钎焊过程中的热变形量，缩短了金刚石砂轮的制作周期，为克服单质金属粉在高温熔化过程中成分不均匀的缺点，选择了钎料预先合金化的方法。
为了解决上述问题，本发明提供了一种新型钎焊单层金刚石砂轮的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、选择砂轮基体材料并采用机械加工的方法制备砂轮基体，对砂轮基体除油除锈；
步骤二、钎料制作：钎料由纯度为99.9%~100%的的Cu、Mn、Ni、Cr、C粉末按以下重量比混合组成：55~58%的Cu；29~32%的Mn；Ni8~12%；3-4%的Cr；0.7~1%的C。将上述混合粉末熔化后喷粉制成预合金粉。
步骤三、钎料浆液制作：将钎料与压敏胶以1:1.3~2.1重量比例混合均匀成钎料浆液；
步骤四、涂覆：用刷子将钎料浆液均匀涂覆固定在砂轮钢基体表面，钎料浆液厚度为磨料平均粒径的95-125％，其中金刚石磨粒的粒度为150~420微米；
步骤五、按金刚石砂轮金属基体/钎料浆液/金刚石磨粒的顺序制作工具成型毛坯；
步骤六、采用感应加热的方式加热钎料至钎焊温度960~980℃，保温2-5min，加热的同时需要设置有保护气罩。对加热的砂轮、金刚石、钎料进行保护，以免氧化，冷却后金刚石磨料钎焊固定于砂轮基体表面即为成品。其中感应电源功率在2~5kW之间，其感应电流的工作频率550kHz-2MHz之间，感应加热电流10-15A之间。其中保护气罩与惰性气体源连接，惰性气体采用Ar或N2。
具体实施方式
实施例1
（1）砂轮基体选择45钢，采用机械加工的方法制作直径为150mm的砂轮基体，除油除锈。
（2）钎料制作：钎料由纯度为99.9%~100%的Cu、Mn、Ni、Cr、C粉末按以下重量比混合组成：30%的Mn；10%的Ni；4%的Cr；0.8%的C，其余为Cu。将上述混合粉末熔化后喷粉制成预合金粉。
（3）钎料浆液制作：将钎料与压敏胶以1: 2.1重量比例混合均匀成钎料浆液；
（4）涂覆：用刷子将钎料浆液均匀涂覆固定在砂轮钢基体表面，钎料浆液厚度为磨料平均粒径的100％，其中金刚石磨粒的粒度为320~420微米；
（5）按金刚石砂轮金属基体/钎料浆液/金刚石磨粒的顺序制作工具成型毛坯；
（6）采用感应加热的方式加热钎料至钎焊温度960~980℃，保温5min，加热的同时需要设置有保护气罩。对加热的砂轮、金刚石、钎料进行保护，以免氧化，冷却后金刚石磨料钎焊固定于砂轮基体表面即为成品。其中感应电源功率在5kW之间，其感应电流的工作频率2MHz之间，感应加热电流15A之间。其中保护气罩与惰性气体源连接，惰性气体采用Ar。
结果表明，采用该新型钎料能够降低钎焊温度，而且钎料熔化均匀，在金刚石磨粒表面形成了一薄层连续片状的碳化物，对金刚石的把持强度高，金刚石热损伤小。
实施例2
（1）砂轮基体选择Q235钢，采用机械加工的方法制作直径为100mm的砂轮基体，除油除锈。
（2）钎料制作：钎料由纯度为99.9%~100%的Cu、Mn、Ni、Cr、C粉末按以下重量比混合组成：32%的Mn；8%的Ni；3%的Cr；1%的C，其余为Cu。将上述混合粉末熔化后喷粉制成预合金粉。
（3）钎料浆液制作：将钎料与压敏胶以1:1.3重量比例混合均匀成钎料浆液；
（4）涂覆：用刷子将钎料浆液均匀涂覆固定在砂轮钢基体表面，钎料浆液厚度为磨料平均粒径的125％，其中金刚石磨粒的粒度为150~240微米；
（5）按金刚石砂轮金属基体/钎料浆液/金刚石磨粒的顺序制作工具成型毛坯；
（6）采用感应加热的方式加热钎料至钎焊温度960~980℃，保温2min，加热的同时需要设置有保护气罩。对加热的砂轮、金刚石、钎料进行保护，以免氧化，冷却后金刚石磨料钎焊固定于砂轮基体表面即为成品。其中感应电源功率在3kW之间，其感应电流的工作频率550kHz之间，感应加热电流10之间。其中保护气罩与惰性气体源连接，惰性气体采用N2。
结果表明，采用该新型钎料及配套的钎焊工艺，金刚石磨粒表面能够形成一薄层连续片状的碳化物，钎料硬度适中，耐磨性适中，金刚石热损伤小，工具寿命较高。
实施例3
（1）砂轮基体选择62Mn钢，采用机械加工的方法制作直径为80mm的砂轮基体，除油除锈。
（2）钎料制作：钎料由纯度为99.9%~100%的Cu、Mn、Ni、Cr、C粉末按以下重量比混合组成：29%的Mn；10%的Ni；3.5%的Cr；0.7%的C，其余为Cu。将上述混合粉末熔化后喷粉制成预合金粉。
（3）钎料浆液制作：将钎料与压敏胶以1:1.3重量比例混合均匀成钎料浆液；
（4）涂覆：用刷子将钎料浆液均匀涂覆固定在砂轮钢基体表面，钎料浆液厚度为磨料平均粒径的95％，其中金刚石磨粒的粒度为210~320微米；
（5）按金刚石砂轮金属基体/钎料浆液/金刚石磨粒的顺序制作工具成型毛坯；
（6）采用感应加热的方式加热钎料至钎焊温度960~980℃，保温2min，加热的同时需要设置有保护气罩。对加热的砂轮、金刚石、钎料进行保护，以免氧化，冷却后金刚石磨料钎焊固定于砂轮基体表面即为成品。其中感应电源功率在2kW之间，其感应电流的工作频率1MHz之间，感应加热电流10A。其中保护气罩与惰性气体源连接，惰性气体采用Ar。
结果表明，采用新型钎料进行金刚石钎焊制作砂轮，钎焊温度低，钎料熔化均匀，在金刚石磨粒表面形成了一薄层连续片状的碳化物，钎料硬度适中，对金刚石的把持强度高，金刚石热损伤小。

Claims (4)

1.一种感应钎焊单层金刚石砂轮的制备方法，由感应加热钎料实现金刚石磨粒与金属基体钎焊连接而成，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：
步骤一、选择砂轮基体材料并采用机械加工的方法制备砂轮基体，对砂轮基体除油除锈；
步骤二、钎料制作：将Cu、Mn、Ni、Cr、C粉末熔化后喷粉制成预合金粉；
步骤三、钎料浆液制作：将钎料与压敏胶以1:1.3~2.1重量比例混合均匀成钎料浆液；
步骤四、涂覆：用刷子将钎料浆液均匀涂覆固定在砂轮钢基体表面，钎料浆液厚度为磨料平均粒径的95-125％，其中金刚石磨粒的粒度为150~420微米；
步骤五、按金刚石砂轮金属基体/钎料浆液/金刚石磨粒的顺序制作工具成型毛坯；
步骤六、采用感应加热的方式加热钎料至钎焊温度960~980℃，保温2-5min，加热的同时需要设置有保护气罩，对加热的砂轮、金刚石、钎料进行保护以免氧化，冷却后金刚石磨料钎焊固定于砂轮基体表面即为成品。
2.根据权利要求1所述的一种感应钎焊单层金刚石砂轮的制备方法，其特征在于：所述的钎料由纯度为99.9%~100%的Cu、Mn、Ni、Cr、C粉末按以下重量比组成：55~58%的Cu；29~32%的Mn；8~12%的Ni；3-4%的Cr；0.7~1%的C。
3.根据权利要求1所述的一种感应钎焊单层金刚石砂轮的制备方法，其特征在于：所述的感应加热方式，其感应电源功率在2~5kW之间，其感应电流的工作频率550kHz-2MHz之间，感应加热电流10-15A之间。
4.根据权利要求1所述的一种感应钎焊单层金刚石砂轮的制备方法，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或N2。
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