CN112453763A - 一种金刚石磨具的制备方法 - Google Patents

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盛颖晗
梁晨
梁冰
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Abstract

本发明公开一种金刚石磨具的制备方法，包括以下步骤；S1、配置钎焊膏：钎焊膏包括质量比为(3～8)：(0～1)的钎料和钎剂；还包括粘结剂，粘结剂的质量占钎焊膏质量的8～18％；粘结剂包括热固型的丙烯酸乳液、热固型改性丙烯酸乳液、环氧乳液和聚氨酯乳液中的至少一种；将钎料、钎剂和粘结剂混合得到膏状的钎焊膏；S2、将金刚石磨粒钎焊于基体上。高温钎焊过程中，粘合剂固化，钎焊膏中的其他组分和金刚石磨粒不会四处流动，适用于各种形状的焊接面，高温易分解，不会有残渣残留于钎焊层，保证金刚石磨粒在钎焊层的焊接强度。

Description

一种金刚石磨具的制备方法
技术领域
本发明涉及磨具，尤其涉及一种金刚石磨具的制备方法。
背景技术
金刚石磨具一般由工作层,过渡层和基体三部分组成。工作层由 金刚石和结合剂组成,用于磨削加工.过渡层(非金刚石层)由结合剂 和其它材料组成,其作用是将工作层牢固地附着在基体上,以保证工 作层的充分利用.基体起着承负工作层的作用,一般金属粘合剂金刚 石磨具采用钢或合金钢作基体，一般采用烧结法、电镀法或者单层钎 焊法制备金刚石磨具，烧结法一般采用青铜等金属作为结合剂，用高 温烧结的方法制造，单烧结过程中容易发生基体的收缩和变形，后续 整形处理需要费时且难度大，修整的过程中容易导致金刚石磨粒掉 落；电镀法一般采用电镀的方式在基体上镀上一层镍或镍基合金作为结合剂，金属磨粒镶嵌在镀层中，由于这种方式中，结合剂金属是以 电结晶的方式从电镀液中沉积在基体上，结合力较弱，尤其在后期使 用过程中，金刚石磨粒连带镀层容易脱落，使用寿命低；钎焊法是通 过加热位于基体表面的钎料层，从而使金刚石磨粒固定在基体上，但 是这种方法只适合平面加工，无法适用于不规则面的加工。因此，亟 需一种可适用于不规则面，焊接可靠的金刚石磨具的制备方法。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可适用于 不规则面，焊接可靠的金刚石磨具的制备方法。
本发明的目的采用以下技术方案实现：
一种金刚石磨具的制备方法，包括以下步骤；
S1、配置钎焊膏：钎焊膏包括质量比为(3～8)：(0～1)的钎料和 钎剂；还包括粘结剂，粘结剂的质量占钎焊膏质量的8～18％；粘结 剂包括热固型的丙烯酸乳液、热固型改性丙烯酸乳液、环氧乳液和聚 氨酯乳液中的至少一种；将钎料、钎剂和粘结剂混合得到膏状的钎焊 膏；
S2、将金刚石磨粒钎焊于基体上。
优选的，步骤S2的钎焊工艺采用氮气保护高频感应钎焊、保护 气氛炉中钎焊和真空钎焊中的一种。
优选的，钎料包括以下质量比的组分：Cu：Sn：Ti：Cr：Zr：Si： B为(50～80)：(10～20)：(5～10)：(0.1～1)：(0.1～1)： (0.1～1)：(0.1～1)。
采用以上配方的钎料，同时对基体以及金刚石磨粒具有良好的浸 润性，焊接牢固；Cu-Sn-Ti三元相具有高显微硬度，其耐磨支点形 成突点，支撑摩擦表面，从而提高材料的耐磨性，减轻粘着磨损；另 外Ti元素在焊接过程中与金刚石磨粒界面形成富Ti层，并与金刚石 表面的C元素反应生成TiC和SnTi2C，从而提高基体与金刚石磨粒的 结合强度。
优选的，钎料和钎剂的质量比为(3～8)：1。
采用铜基钎料可适用于常规的钎焊方法，钎料和钎剂的质量比为 (3～8)：1时具有较好的焊接效果。
优选的，钎剂包括中间体、硼砂和氟硼酸钾，中间体、硼砂和氟 硼酸钾的质量比为(30～50):(1～5):(30～50)；中间体的制备包括以 下步骤：
A.将一定质量的碳酸钾预先溶解于水中，得到碳酸钾溶液；
B.将1～4倍碳酸钾摩尔质量的硼酸溶解于水中，缓慢加热溶解 至60℃，得到硼酸溶液；
C.将步骤A中的得到的碳酸钾溶液缓慢加入到步骤B中的硼酸 溶液中，待反应结束后加热蒸干水分得到透明状玻璃体，最 后转移到马弗炉中300℃脱水烘干，冷却后破碎磨粉，得到 中间体。
市面上的铜基钎剂易吸潮或者为膏状，不便于后续工艺物料间的 混合，容易变质影响焊接效果，制备得到的中间体不含结晶水，不易 吸潮，质量稳定，便于后续工艺。
优选的，步骤S2的钎焊工艺采用保护气氛炉中钎焊或真空钎焊， 钎料采用镍基钎料，钎焊膏中不使用钎剂。
采用镍基钎料，无需使用钎剂。
优选的，基体为钢材或者合金钢材。
优选的，钎料使用前先在防腐保护液中浸泡后烘干。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
采用本发明粘结剂，高温钎焊过程中，粘合剂固化，钎焊膏中的 其他组分和金刚石磨粒不会四处流动，适用于各种形状的焊接面，高 温易分解，不会有残渣残留于钎焊层，保证金刚石磨粒在钎焊层的焊 接强度。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果 更加清楚，下面将对本发明实施方式的技术方案作进一步的详细描述， 显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部 的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域技术人员在没有做出 创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的 范围。
氮气保护高频感应钎焊、保护气氛炉中钎焊和真空钎焊中均为现 有技术的钎焊工艺，在此不再赘述。
实施例1
一种金刚石磨具的制备方法，包括以下步骤；
S1、配置钎焊膏：钎焊膏包括质量比为3：1的钎料和钎剂；还包括 粘结剂，粘结剂的质量占钎焊膏质量的8％；粘结剂为牌号为 NeocrylA-662丙烯酸乳液；将钎料、钎剂和粘结剂混合得到膏状的 钎焊膏；
S2、将金刚石磨粒钎焊于钢质基体上。
步骤S2的钎焊工艺采用保护气氛炉中钎焊。
钎料包括以下质量比的组分：Cu：Sn：Ti：Cr：Zr：Si：B为50： 10：5：0.1：1：0.1：0.1。
钎剂包括中间体、硼砂和氟硼酸钾，中间体、硼砂和氟硼酸钾的 质量比为30:1:50；中间体的制备包括以下步骤：
A.将一定质量的碳酸钾预先溶解于水中，得到碳酸钾溶液；
B.将1倍碳酸钾摩尔质量的硼酸溶解于水中，缓慢加热溶解至 60℃，得到硼酸溶液；
C.将步骤A中的得到的碳酸钾溶液缓慢加入到步骤B中的硼酸 溶液中，待反应结束后加热蒸干水分得到透明状玻璃体，最 后转移到马弗炉中300℃脱水烘干，冷却后破碎磨粉，得到 中间体。
金刚石磨粒粒度为30/35～70/80。
实施例2
一种金刚石磨具的制备方法，包括以下步骤；
S1、配置钎焊膏：钎焊膏包括质量比为8：1的钎料和钎剂；还包括 粘结剂，粘结剂的质量占钎焊膏质量的18％；粘结剂为牌号为 X-PU-699的聚氨酯改性丙烯酸乳液；将钎料、钎剂和粘结剂混合得 到膏状的钎焊膏；
S2、将金刚石磨粒钎焊于基体上。
步骤S2的钎焊工艺采用保护气氛炉中钎焊。
钎料包括以下质量比的组分：Cu：Sn：Ti：Cr：Zr：Si：B为80： 20：10：1：0.1：1：1。
钎剂包括中间体、硼砂和氟硼酸钾，中间体、硼砂和氟硼酸钾的 质量比为50:5:50；中间体的制备包括以下步骤：
A.将一定质量的碳酸钾预先溶解于水中，得到碳酸钾溶液；
B.将4倍碳酸钾摩尔质量的硼酸溶解于水中，缓慢加热溶解至60℃，得到硼酸溶液；
C.将步骤A中的得到的碳酸钾溶液缓慢加入到步骤B中的硼酸 溶液中，待反应结束后加热蒸干水分得到透明状玻璃体，最 后转移到马弗炉中300℃脱水烘干，冷却后破碎磨粉，得到 中间体。
金刚石磨粒粒度为30/35～70/80。
实施例3
一种金刚石磨具的制备方法，包括以下步骤；
S1、配置钎焊膏：钎焊膏包括质量比为5：1的钎料和钎剂；还包括 粘结剂，粘结剂的质量占钎焊膏质量的13％；粘结剂为牌号为EP-44 的环氧乳液；将钎料、钎剂和粘结剂混合得到膏状的钎焊膏；
S2、将金刚石磨粒钎焊于基体上。
步骤S2的钎焊工艺采用保护气氛炉中钎焊。
钎料包括以下质量比的组分：Cu：Sn：Ti：Cr：Zr：Si：B为65： 15：8：0.5：0.5：0.3：0.5。
钎剂包括中间体、硼砂和氟硼酸钾，中间体、硼砂和氟硼酸钾的 质量比为40:3:40；中间体的制备包括以下步骤：
A.将一定质量的碳酸钾预先溶解于水中，得到碳酸钾溶液；
B.将4倍碳酸钾摩尔质量的硼酸溶解于水中，缓慢加热溶解至 60℃，得到硼酸溶液；
C.将步骤A中的得到的碳酸钾溶液缓慢加入到步骤B中的硼酸 溶液中，待反应结束后加热蒸干水分得到透明状玻璃体，最 后转移到马弗炉中300℃脱水烘干，冷却后破碎磨粉，得到 中间体。
金刚石磨粒粒度为30/35～70/80。
实施例4
一种金刚石磨具的制备方法，包括以下步骤；
S1、配置钎焊膏：钎焊膏包括质量比为5：1的钎料和钎剂；还包括 粘结剂，粘结剂的质量占钎焊膏质量的13％；粘结剂为牌号为JW201 的聚氨酯乳液；将钎料、钎剂和粘结剂混合得到膏状的钎焊膏；
S2、将金刚石磨粒钎焊于基体上。
步骤S2的钎焊工艺采用保护气氛炉中钎焊。
钎料包括以下质量比的组分：Cu：Sn：Ti：Cr：Zr：Si：B为65： 15：8：0.5：0.5：0.3：0.5。
钎剂包括中间体、硼砂和氟硼酸钾，中间体、硼砂和氟硼酸钾的 质量比为40:3:40；中间体的制备包括以下步骤：
A.将一定质量的碳酸钾预先溶解于水中，得到碳酸钾溶液；
B.将4倍碳酸钾摩尔质量的硼酸溶解于水中，缓慢加热溶解至 60℃，得到硼酸溶液；
C.将步骤A中的得到的碳酸钾溶液缓慢加入到步骤B中的硼酸 溶液中，待反应结束后加热蒸干水分得到透明状玻璃体，最 后转移到马弗炉中300℃脱水烘干，冷却后破碎磨粉，得到 中间体。
金刚石磨粒粒度为30/35～70/80。
实施例5
一种金刚石磨具的制备方法，包括以下步骤；
S1、配置钎焊膏：钎焊膏包括质量比为8：1的钎料和钎剂；还包括 粘结剂，粘结剂的质量占钎焊膏质量的18％；粘结剂为牌号为 X-PU-699的聚氨酯改性丙烯酸乳液；将钎料、钎剂和粘结剂混合得 到膏状的钎焊膏；
S2、将金刚石磨粒钎焊于基体上。
步骤S2的钎焊工艺采用氮气保护高频感应钎焊。
钎料包括以下质量比的组分：Cu：Sn：Ti：Cr：Zr：Si：B为80： 20：10：1：0.1：1：1。
钎剂包括中间体、硼砂和氟硼酸钾，中间体、硼砂和氟硼酸钾的 质量比为50:5:50；中间体的制备包括以下步骤：
D.将一定质量的碳酸钾预先溶解于水中，得到碳酸钾溶液；
E.将4倍碳酸钾摩尔质量的硼酸溶解于水中，缓慢加热溶解至 60℃，得到硼酸溶液；
F.将步骤A中的得到的碳酸钾溶液缓慢加入到步骤B中的硼酸 溶液中，待反应结束后加热蒸干水分得到透明状玻璃体，最 后转移到马弗炉中300℃脱水烘干，冷却后破碎磨粉，得到 中间体。
金刚石磨粒粒度为30/35～70/80。
实施例6
一种金刚石磨具的制备方法，包括以下步骤；
S1、配置钎焊膏：钎焊膏包括质量比为5：1的钎料和钎剂；还包括 粘结剂，粘结剂的质量占钎焊膏质量的13％；粘结剂为牌号为EP-44 的环氧乳液；将钎料、钎剂和粘结剂混合得到膏状的钎焊膏；
S2、将金刚石磨粒钎焊于基体上。
步骤S2的钎焊工艺采用真空钎焊。
钎料包括以下质量比的组分：Cu：Sn：Ti：Cr：Zr：Si：B为65： 15：8：0.5：0.5：0.3：0.5。
钎剂包括中间体、硼砂和氟硼酸钾，中间体、硼砂和氟硼酸钾的 质量比为40:3:40；中间体的制备包括以下步骤：
D.将一定质量的碳酸钾预先溶解于水中，得到碳酸钾溶液；
E.将4倍碳酸钾摩尔质量的硼酸溶解于水中，缓慢加热溶解至 60℃，得到硼酸溶液；
F.将步骤A中的得到的碳酸钾溶液缓慢加入到步骤B中的硼酸 溶液中，待反应结束后加热蒸干水分得到透明状玻璃体，最 后转移到马弗炉中300℃脱水烘干，冷却后破碎磨粉，得到 中间体。
金刚石磨粒粒度为30/35～70/80。
性能测试
将实施例1-6的金刚石磨具加工至外径×厚度×孔径为125mm ×13mm×8mm的砂轮，金刚石刀头浓度为75％，按照40m/s的线速度， 进给速度为0.005m/s对砂轮进行强力磨削，实施例1-6的砂轮均没 有金刚石磨粒脱落。
将实施例1-4的磨具加工为6A2杯形的四个金刚石砂轮以及相 同规格的市售电镀杯型金刚石砂轮，以35m/s的线速度打磨Ⅲ级花岗 岩,实施例1-4的砂轮磨削效率分别为电镀杯型金刚石砂磨磨削效率 的3.03倍、3.17倍、2.95倍、3.01倍、3.05倍和3.10倍。
将实施例1-4的金刚石磨具加工为长×宽×厚为22mm×7.0mm× 12mm的四个锯片和相同规格的市售金刚石锯片，金刚石刀头浓度为 75％，按照9m/min的锯切深度锯切Ⅲ级花岗岩至锯片损坏，实施例 1-4的锯片的使用寿命分别为相同规格市售金刚石锯片寿命的114％、 118％、115％、115％、117％和111％。
上述实施方式仅为本发明的部分优选实施方式，不能以此来限定 本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何 非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种金刚石磨具的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；
S1、配置钎焊膏：所述钎焊膏包括质量比为(3～8)：(0～1)的钎料和钎剂；还包括粘结剂，所述粘结剂的质量占所述钎焊膏质量的8～18％；所述粘结剂包括热固型的丙烯酸乳液、热固型改性丙烯酸乳液、环氧乳液和聚氨酯乳液中的至少一种；将所述钎料、钎剂和粘结剂混合得到膏状的所述钎焊膏；
S2、将金刚石磨粒钎焊于基体上。
2.根据权利要求1所述金刚石磨具的制备方法，其特征在于，步骤S2的钎焊工艺采用氮气保护高频感应钎焊、保护气氛炉中钎焊和真空钎焊中的一种。
3.根据权利要求2所述金刚石磨具的制备方法，其特征在于，所述钎料包括以下质量比的组分：Cu：Sn：Ti：Cr：Zr：Si：B为(50～80)：(10～20)：(5～10)：(0.1～1)：(0.1～1)：(0.1～1)：(0.1～1)。
4.根据权利要求3所述金刚石磨具的制备方法，其特征在于，所述钎料和钎剂的质量比为(3～8)：1。
5.根据权利要求4所述金刚石磨具的制备方法，其特征在于，所述钎剂包括中间体、硼砂和氟硼酸钾，所述中间体、硼砂和氟硼酸钾的质量比为(30～50):(1～5):(30～50)；所述中间体的制备包括以下步骤：
A.将一定质量的碳酸钾预先溶解于水中，得到碳酸钾溶液；
B.将1～4倍所述碳酸钾摩尔质量的硼酸溶解于水中，缓慢加热溶解至60℃，得到硼酸溶液；
C.将步骤A中的得到的所述碳酸钾溶液缓慢加入到步骤B中的所述硼酸溶液中，待反应结束后加热蒸干水分得到透明状玻璃体，最后转移到马弗炉中300℃脱水烘干，冷却后破碎磨粉，得到所述中间体。
6.根据权利要求2所述金刚石磨具的制备方法，其特征在于，步骤S2的钎焊工艺采用保护气氛炉中钎焊或真空钎焊，所述钎料采用镍基钎料，所述钎焊膏中不使用所述钎剂。
7.根据权利要求1所述金刚石磨具的制备方法，其特征在于，所述基体为钢材或者合金钢材。
8.根据权利要求1所述金刚石磨具的制备方法，其特征在于，所述钎料使用前先在防腐保护液中浸泡后烘干。
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