CN109590918A - 一种非晶CuNi基活性钎料钎焊金刚石工具的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非晶CuNi基活性钎料钎焊金刚石工具的方法，针对采用Ni基钎料对金刚石在真空炉中钎焊会造成金刚石大热损伤的缺陷，本发明采用将Ni‑P、Cu、Cr合金化后再进行雾化，制作含Cr的非晶CuNi基钎料，由于Cu与Ni的无限互溶，使得Cu、Ni的比例调整范围大，并且在真空炉中进行钎焊时，其对金刚石的润湿性好，把持强度高，因此制作的单层金刚石工具具有寿命长、锋利的优点。

Description

一种非晶CuNi基活性钎料钎焊金刚石工具的方法
技术领域
本发明属于超硬磨料工具制作领域，主要是针对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磨粒把持强度高、磨料出露高、工具锋利且磨料有效利用率高、寿命长等优异特性，有着广泛的应用。此外，钎焊工艺对环境基本无污染，因此，钎焊金刚石工具被广泛看作是电镀工具的最佳换代产品。
钎焊多采用含有活性元素（如Cr、Ti、V、W）的Ni基、Ag基或Cu基合金化钎料，合金化钎料具有成分均匀、熔点较低等优点，但采用传统的Ni-Cr-B-Si钎料在真空炉中钎焊易导致金刚石较大的热损伤，降低工具的寿命。Cu基合金具有合适的熔点，其本身不是金刚石的触媒，在钎焊过程中不会对金刚石造成损伤，但对金刚石的润湿性差，此外Cr元素在Cu中溶解度太低，而Ni能够较好润湿金刚石且能溶解更多的Cr元素。根据Cu-Ni二元相图，可以知道，Cu和Ni可以实现无限互溶，因此采用含有Cr的Cu-Ni基的钎料有利于降低金刚石的热损伤，但由Cu、Ni、Cr三种元素组成的钎料熔点太高，不适于钎焊金刚石，而P元素能够与Ni、Cu形成共晶合金，不仅有利于降低钎料熔点，而且非常易于实现非晶。通过对Cu、Ni-P、Cr金属粉进行熔炼，再采用普通的雾化工艺快速冷却，可以实现非晶合金。非晶合金作为钎料，能够提高钎料均匀性，降低熔点，还能提高对金刚石的润湿性能。该钎料中的Cr元素能够实现金刚石与Cr的化学反应，在界面处形成碳化物。
采用非晶钎料的钎焊温度低，组织均匀，对金刚石润湿性好，并且可以通过改变Cu与Ni的比例来改变钎料的性能，更好适应于金刚石工具的各种应用场合。
发明内容
本发明解决普通Ni基钎料钎焊金刚石制造工具时，易造成金刚石较大热损伤的缺陷。采用的非晶的CuNi钎料钎焊金刚石制作工具包括下述工艺步骤：
步骤一、砂轮基体的制作：选择钢作为砂轮基体，采用机加工的方法制备所需要单层金刚石砂轮的砂轮基体，并对砂轮基体除油除锈。
步骤二、钎料的制备：选用单质金属粉Cu粉、Cr粉和预合金粉Ni-P粉按一定的比例进行熔炼，熔炼真空为1×10-4~1×10-2Pa、熔炼温度1200~1300℃。其中单质金属粉Cu粉和Cr粉的纯度为99.5~100%；钎料按质量百分比，取10~18%的Cr粉、30~55%的Ni-P粉、30~55%的Cu粉组成，其中Ni-P中含P的质量比为8~12%。熔炼后进行快速冷却雾化，雾化压力为2.6~3.5 MPa，雾化介质为氩气，制作非晶CuNi基的钎料。
步骤三、砂轮布料：首先按12~20g/m2将压敏胶涂在砂轮基体表面，然后将粒度为260~420μm的金刚石磨粒均匀粘结在砂轮基体表面，再将钎料均匀撒在金刚石和砂轮基体表面，去除未粘结的多余钎料。
步骤四、采用真空炉中加热的方式加热至钎料熔化后进行真空钎焊，真空度为10-3~10-4Pa，钎焊温度为950~1020℃，保温2~10min。冷却后金刚石磨粒钎焊固定于砂轮基体表面即为成品。
本发明的有益效果：
（1）本发明的采用CuNi基钎料钎焊金刚石可以控制金刚石的热损伤及连接强度，Cr相对于Ti需要的真空度较低，并且能够在金刚石与钎料界面处形成碳化物，提高连接强度。
（2）本发明采用含有P的CuNi基钎料非常易于形成非晶，而且Cu、Ni与P均能形成共晶，这有利于降低钎焊温度。
（3）采用非晶钎料钎焊金刚石有利于提高钎料对金刚石的润湿性，进一步降低钎焊温度，而且钎料更加均匀。
具体实施方式
实施例1：
步骤一、选择45钢作为单层金刚石砂轮基体，采用机加工的方法制作砂轮基体，并对其除油除锈。
步骤二、钎料的制备：选用单质金属粉Cu粉、Cr粉和预合金粉Ni-P粉按比例熔炼，真空度为1×10-2Pa、熔炼温度1200℃。其中单质金属粉Cu粉和Cr粉纯度为99.5~100%；按质量百分比，取10%的Cr粉、35%的Ni-P粉、55%的Cu粉组成，其中Ni-P中含P的质量比为8%。熔炼后进行快速冷却雾化，2.6 MPa的雾化压力，雾化介质为氩气，制作非晶CuNi基的钎料。
步骤三、砂轮布料：首先按12g/m2将压敏胶涂在砂轮基体表面，然后将粒度为260~420μm的金刚石磨粒均匀粘结在砂轮基体表面，再将钎料均匀撒在金刚石和砂轮基体表面，去除未粘结的多余钎料。
步骤四、采用真空炉中加热的方式加热至钎料熔化后进行真空钎焊，真空度为1×10-3，钎焊温度为950℃，保温10min。冷却后金刚石磨粒钎焊固定于砂轮基体表面即为成品。
经实验表明，采用该成分，钎料容易雾化成非晶或含有少量纳米晶的球状钎料，成分均匀。经钎焊金刚石表明，钎料能够较好润湿金刚石，且有效降低了钎焊温度，非晶的CuNi基对金刚石的热损伤小，因此制造的工具具有寿命长，锋利的优点。
实施例2：
步骤一、选择Q235钢作为单层金刚石砂轮基体，采用机加工的方法制作砂轮基体，并对其除油除锈。
步骤二、钎料的制备：选用单质金属粉Cu粉、Cr粉和预合金粉Ni-P粉按比例熔炼，真空度为1×10-4Pa、熔炼温度1300℃。其中单质金属粉Cu粉和Cr粉纯度为99.5~100%；钎料按质量百分比，取18%的Cr粉、30%的Ni-P粉、52%的Cu粉组成，其中Ni-P中含P的质量比为10%。熔炼后进行快速冷却雾化，3.5 MPa的雾化压力，氩气为雾化介质，制作非晶CuNi基的钎料。
步骤三、砂轮布料：首先按20g/m2将压敏胶涂在砂轮基体表面，然后将粒度为260~420μm的金刚石磨粒均匀粘结在砂轮基体表面，再将钎料均匀撒在金刚石和砂轮基体表面，去除未粘结的多余钎料。
步骤四、采用真空炉中加热的方式加热至钎料熔化后进行真空钎焊，真空度高于1×10-4Pa，钎焊温度为1020℃，保温2min。冷却后金刚石磨粒钎焊固定于砂轮基体表面即为成品。
经实验表明，采用该钎料能够有效降低钎焊温度，不仅对金刚石润湿性好，而且对金刚石的热损伤小，对金刚石的把持强度高，钎料中基本形成了固溶体，具有较好的高温性能，因此制造的工具具有寿命长，锋利的优点。
实施例3：
步骤一、选择65Mn钢作为单层金刚石砂轮基体，采用机加工的方法制作砂轮基体，并对其除油除锈。
步骤二、钎料的制备：选用单质金属粉Cu粉、Cr粉和预合金粉Ni-P粉按一定的比例进行熔炼，熔炼真空为5×10-3Pa、熔炼温度1200~1300℃。其中单质金属粉Cu粉和Cr粉纯度为99.5~100%；按质量百分比，取15%的Cr粉、50%的Ni-P粉、35%的Cu粉组成，其中Ni-P中含P的质量比为10%。熔炼后进行快速冷却雾化，雾化压力为3MPa，雾化介质为氩气，制作非晶CuNi基的钎料。
步骤三、砂轮布料：首先按15g/m2将压敏胶涂在砂轮基体表面，然后将粒度为260~420μm的金刚石磨粒均匀粘结在砂轮基体表面，再将钎料均匀撒在金刚石和砂轮基体表面，去除未粘结的多余钎料。
步骤四、采用真空炉中加热的方式加热至钎料熔化后进行真空钎焊，真空度为10- 3Pa，钎焊温度为1000℃，保温5min。冷却后金刚石磨粒钎焊固定于砂轮基体表面即为成品。
经实验表明，采用该钎料能够有效降低钎焊温度，显示了对金刚石良好的润湿性，非晶CuNi基对金刚石的热损伤小，在界面处形成了细小的碳化物，因此制造的工具具有寿命长、锋利的优点。
实施例4：
本发明解决普通Ni基钎料钎焊金刚石工具时易造成金刚石较大热损伤的缺陷，采用的非晶Cu-Ni基钎料制作单层砂轮的方法包括下述工艺步骤：
步骤一、选择60钢作为单层金刚石砂轮基体，采用机加工的方法制作砂轮基体，并对其除油除锈。
步骤二、钎料的制备：选用单质金属粉Cu粉、Cr粉和预合金粉Ni-P粉按一定的比例进行熔炼，熔炼真空为9×10-4Pa、熔炼温度1270℃。其中单质金属粉Cu粉和Cr粉纯度为99.5~100%；按质量百分比，取18%的Cr粉、52%的Ni-P粉、30%的Cu粉组成，其中Ni-P中含P的质量比为9%。熔炼后进行快速冷却雾化，2.7 MPa雾化压力，雾化介质为氩气，制作非晶CuNi基的钎料。
步骤三、砂轮布料：首先按18g/m2将压敏胶涂在砂轮基体表面，然后将粒度为390μm的金刚石磨粒均匀粘结在砂轮基体表面，再将钎料均匀撒在金刚石和砂轮基体表面，去除未粘结的多余钎料。
步骤四、采用真空炉中加热的方式加热至钎料熔化后进行真空钎焊，真空度为10-3~10-4Pa，钎焊温度为1000℃，保温4min。冷却后金刚石磨粒钎焊固定于砂轮基体表面即为成品。
经实验表明，采用该成分经熔炼后制粉，颗粒基本呈球状，采用该钎料进行金刚石的钎焊，明显降低了钎焊温度，对金刚石良好的润湿性。经后续的检测，非晶CuNi基对金刚石的热损伤小，在界面处形成了一层细小的碳化物，能够有效阻止碳化物的过度反应，采用该钎料制造的单层钎焊金刚石工具具有寿命长、锋利的优点。

Claims (7)

1.一种非晶CuNi基活性钎料钎焊金刚石工具的方法，由金刚石、非晶钎料与砂轮基体在真空炉中实现钎焊而成，其特征在于，所述的制作方法包括以下步骤：
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金刚石砂轮的砂轮基体，并对砂轮基体除油除锈；
步骤二、钎料的制备：选用单质金属粉Cu粉、Cr粉和预合金粉Ni-P粉按一定的比例熔炼后，进行快速冷却雾化，制作非晶CuNi基的钎料；
步骤三、砂轮布料：先按12~20g/m2将压敏胶涂在砂轮基体表面，然后将金刚石磨粒均匀粘结在砂轮基体表面，再将钎料均匀撒在金刚石和砂轮基体表面，去除未粘结的多余钎料；
步骤四、采用真空炉中加热的方式加热至钎料熔化后进行真空钎焊，冷却后金刚石磨粒被钎焊固定于砂轮基体表面即为成品。
2.根据权利要求1所述的一种非晶CuNi基活性钎料钎焊金刚石工具的方法，其特征在于：所述的砂轮基体的材料为45钢或65Mn钢。
3.根据权利要求1所述的一种非晶CuNi基活性钎料钎焊金刚石工具的方法，其特征在于：所述的单质金属粉Cu粉、Cr粉，其纯度为99.5~100%；按质量百分比，10~18%的Cr粉、30~55%的Ni-P粉、30~55%的Cu粉组成，其中Ni-P中含P的质量比为8~12%。
4.根据权利要求1所述的一种非晶CuNi基活性钎料钎焊金刚石工具的方法，其特征在于：所述的熔炼，其工艺参数为：熔炼真空为1×10-4~1×10-2Pa、熔炼温度1200~1300℃。
5.根据权利要求1所述的一种非晶CuNi基活性钎料钎焊金刚石工具的方法，其特征在于：所述的快速冷却雾化，其工艺参数为：雾化压力为2.6~3.5 MPa、雾化介质为氩气。
6.根据权利要求1所述的一种非晶CuNi基活性钎料钎焊金刚石工具的方法，其特征在于：所述的金刚石磨粒，其粒度为260~420μm。
7.根据权利要求1所述的一种非晶CuNi基活性钎料钎焊金刚石工具的方法，其特征在于：所述的真空钎焊，其真空炉中真空度为10-3~10-4Pa，钎焊温度为950~1020℃，保温2~10min。
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