一种低温钎焊立方氮化硼磨粒的方法技术

本发明专利技术公开了一种低温钎焊立方氮化硼磨粒的方法，属于超硬磨料工具制造技术领域。该方法用丙酮超声清洗立方氮化硼磨粒并烘干，在抛光后的工具基体上依次铺洒Sn‑Cu‑Ti合金粉末和立方氮化硼磨粒，将工具基体置于石英管内并抽真空，接着将其移至加热炉内并在350℃‑700℃温度下加热5‑60分钟，然后在保持抽真空状态下将其冷至室温。它能产生如下技术优点：在确保钎料与cBN磨粒发生化学键合并使得磨粒有足够结合强度的前提下，大幅度降低钎焊温度来降低工具基体金属材料性能以及尺寸形状的损失，减少cBN磨粒与钎料结合界面处的残余热应力。

A low temperature brazing method for cubic boron nitride abrasive grain

The invention discloses a method for brazing cubic boron nitride abrasive particles at low temperature, belonging to the technical field of manufacturing superhard abrasive tools. In this method, the cubic boron nitride abrasive particles were cleaned and dried by acetone ultrasonic cleaning. Sn_Cu_Ti alloy powder and cubic boron nitride abrasive particles were sprayed successively on the polished tool substrate. The tool substrate was placed in a quartz tube and vacuumed. Then it was moved to a heating furnace and heated for 5_60 minutes at 350_700_C, and then preserved. It is cooled to room temperature in vacuuming condition. It can produce the following technical advantages: on the premise of ensuring the chemical bond merging between the brazing filler metal and the cBN abrasive particles to make the abrasive particles have enough bonding strength, the brazing temperature can be greatly reduced to reduce the loss of the performance and size and shape of the tool matrix metal, and the residual thermal stress at the interface between the cBN abrasive particles and the brazing filler metal can be reduced.

【技术实现步骤摘要】
一种低温钎焊立方氮化硼磨粒的方法
本专利技术涉及一种超硬磨料工具制造
，尤其涉及一种低温钎焊立方氮化硼磨粒的方法。
技术介绍
立方氮化硼(cBN)是硬度仅次于金刚石的材料，立方氮化硼和金刚石一起并称为超硬材料。立方氮化硼具有硬度高、热稳定性好、化学惰性高以及导热性好的优点，在大气中加热至1000℃时不会发生氧化，尤其是避免了金刚石超硬磨具加工黑色铁基合金材料发生反应的局限，被国际材料界应用为金刚石的替代材料。cBN超硬磨料工具在镍基高温合金、钛合金等难加工材料的磨削加工中具有广泛应用前景，由于传统电镀或烧结制备的cBN磨粒工具缺乏对磨粒足够的结合把持强度，因而在磨削过程中很容易发生过早脱落以及由此导致的工具堵塞现象。为此，研究人员希望借钎焊的手段来实现cBN磨粒、钎料以及工具基体之间发生的界面化学和冶金反应，从根本上提高磨粒的把持能力。钎焊cBN磨粒的研究已经开展了很多工作，其中钎料以Ag-Cu-Ti合金应用最为广泛。为了降低钎料的成本，Cu-Sn-Ti合金由于其低成本、优良的力学性能被认为是替代Ag-Cu-Ti的钎料合金的一种优良替代品。目前所有的钎焊cBN磨粒的工艺的钎焊温度普遍较高，基本都在880℃以上，例如CN101148036A、CN102699565A。过高的焊接温度导致基体金属材料变形、晶粒长大，降低基体金属材料的性能与尺寸精度。另外，cBN颗粒与钎料的热膨胀系数存在一定的差异，钎焊温度过高，在cBN磨粒与钎料结合界面处产生较大的残余应力，在残余应力作用下致使cBN磨粒破碎，降低cBN磨粒与钎料的结合强度。这些问题的存在限制了高精度高精密高性能的cBN磨粒工具的发展。
技术实现思路
本专利技术提供了一种低温钎焊立方氮化硼磨粒的方法，其克服了
技术介绍
中钎焊立方氮化硼磨粒的方法所存在的不足。本专利技术解决其技术问题的所采用的技术方案是：一种低温钎焊立方氮化硼磨粒的方法，包含：步骤1，制做Sn-Cu-Ti合金粉末；步骤2，用丙酮超声清洗立方氮化硼磨粒并烘干；步骤3，在抛光后的工具基体上依次铺洒Sn-Cu-Ti合金粉末和立方氮化硼磨粒；步骤4，将工具基体置于石英管内并抽真空，接着将其移至加热炉内并在350℃-700℃温度下加热5-60分钟，然后在保持抽真空状态下将其空冷至室温。一实施例之中：该步骤4中的加热炉为管式炉。一实施例之中：该步骤4中的石英管被抽真空至真空度为5*10-4Pa以下。一实施例之中：该步骤1中：Sn-Cu-Ti合金粉末包含Cu、Ti、Ag和Ge，该Cu：Ti：Ag：Ge重量百分比为(0.71～40)％：(0.25～6)％：(0～20)％：(0～0.5)％，余量为Sn。一实施例之中：该步骤1中：Sn-Cu-Ti合金粉末包含锡粉、铜锡粉和钛粉，锡粉、铜锡粉和钛粉采用球磨均匀混合成Sn-Cu-Ti合金粉末。一实施例之中：该步骤1中：锡粉粒度为50nm～50μm、铜锡粉粒度为50nm～50μm、钛粉粒度为50nm～50μm。一实施例之中：该步骤1中：球磨均匀混合是指采用陶瓷罐装丙酮或无水酒精之一、上述的合金粉末及陶瓷小球，且球磨4～9小时。一实施例之中：该步骤1中：丙酮或者无水酒精是按每100克合金粉末配8毫升丙酮的比例来球磨；陶瓷小球与合金粉末以重量计15:1比例配比。一实施例之中：该步骤4中，加热炉在石英管移至加热炉前已经达到350℃-700℃温度。本技术方案与
技术介绍
相比，它具有如下优点：用丙酮超声清洗立方氮化硼磨粒并烘干，在抛光后的工具基体上依次铺洒Sn-Cu-Ti合金粉末和立方氮化硼磨粒，将工具基体置于石英管内并抽真空，接着将其移至加热炉内并在350℃-700℃温度下加热5-60分钟，然后在保持抽真空状态下将其空冷至室温，其一，该方法利用锡熔点低、钛活性高的特性来实现立方氮化硼的低温钎焊连接，降低钎焊过程热损伤，同时利用锡金属软的特点来有效释放钎焊过程中产生的热应力，降低立方氮化硼与钎料界面结合处的残余应力；通过添加铜粉来形成锡铜金属间化合物增加锡基合金的力学性能；其二，在确保钎料与cBN磨粒发生化学键合并使得磨粒有足够结合强度的前提下，大幅度降低钎焊温度来降低工具基体金属材料性能以及尺寸形状的损失，减少cBN磨粒与钎料结合界面处的残余热应力。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1是采用本专利技术具体实施例一的钎料合金550℃钎焊立方氮化硼的三维形貌图。图2是采用本专利技术具体实施例一的钎焊合金550℃钎焊立方氮化硼的结合界面的扫描电镜图。具体实施方式实施例一一种低温钎焊立方氮化硼磨粒的方法，包含：步骤1，制做Sn-Cu-Ti合金粉末，Sn-Cu-Ti是指包含有Sn、Cu、Ti的粉末，Sn、Cu、Ti质量比可根据配置设定；本具体实施例中：取0.6克8-12μm钛粉、1.7克300目Cu40Sn预合金粉末和17.7克300目纯Sn粉混合放入球磨罐中；接着往球磨罐中导入1.6毫升丙酮，放入总重量为300克的陶瓷小球；合上盖子并置于球磨机中球磨8个小时后取出晾干，以配置出Sn-Cu-Ti合金粉末；其中：Cu40Sn预合金粉末中Cu和Sn的质量比比为：60:40；Sn-Cu-Ti合金粉末中Sn、Cu和Ti的质量比为：92:5:3，因此如可具体写为Sn-5Cu-3Ti；步骤2，用丙酮超声清洗立方氮化硼磨粒并烘干；步骤3，在抛光后的工具基体上依次铺洒Sn-Cu-Ti合金粉末和立方氮化硼磨粒；本具体实施例中：在抛光后的工具基体上依次铺洒Sn-5Cu-3Ti合金粉末和立方氮化硼磨粒；该工具基体采用纯铜基体；步骤4，将工具基体置于石英管内并抽真空至真空度为5*10-4Pa以下，接着将其移至550℃(摄氏度)温度的管式炉内并在550℃温度下加热30分钟以实现钎焊，然后在保持抽真空状态下将其空冷至室温，再移出石英管，制备的钎料合金550℃钎焊立方氮化硼的三维形貌图和扫描电镜图如图1和图2所示。实施例二一种低温钎焊立方氮化硼磨粒的方法，包含：步骤1，制做Sn-Cu-Ti合金粉末；本具体实施例中：取0.3克8-12μm钛粉、5克300目Cu20Sn预合金粉末和14.7克300目纯Sn粉混合放入球磨罐中；往球磨罐中导入1.6毫升丙酮，放入总重量为300克的陶瓷小球；合上盖子将其置于球磨机中球磨8个小时后取出晾干，以配置成Sn-21Cu-1.5Ti合金粉末；步骤2，用丙酮超声清洗立方氮化硼磨粒并烘干；步骤3，在抛光后的工具基体上依次铺洒Sn-Cu-Ti合金粉末和立方氮化硼磨粒；本具体实施例中：在抛光后的工具基体上依次铺洒Sn-21Cu-1.5Ti合金粉末和立方氮化硼磨粒；该工具基体采用45钢基体；步骤4，将工具基体置于石英管内并抽真空至真空度为5*10-4Pa以下，接着将其移至650℃温度的管式炉内并在650℃温度下加热30分钟以实现钎焊，然后在保持抽真空状态下将随炉冷至室温。以上所述，仅为本专利技术较佳实施例而已，故不能依此限定本专利技术实施的范围，即依本专利技术专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本专利技术涵盖的范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温钎焊立方氮化硼磨粒的方法，其特征在于：包含：步骤1，制做Sn‑Cu‑Ti合金粉末；步骤2，用丙酮超声清洗立方氮化硼磨粒并烘干；步骤3，在抛光后的工具基体上依次铺洒Sn‑Cu‑Ti合金粉末和立方氮化硼磨粒；步骤4，将工具基体置于石英管内并抽真空，接着将其移至加热炉内并在350℃‑700℃温度下加热5‑60分钟，然后在保持抽真空状态下将其冷至室温。

【技术特征摘要】
1.一种低温钎焊立方氮化硼磨粒的方法，其特征在于：包含：步骤1，制做Sn-Cu-Ti合金粉末；步骤2，用丙酮超声清洗立方氮化硼磨粒并烘干；步骤3，在抛光后的工具基体上依次铺洒Sn-Cu-Ti合金粉末和立方氮化硼磨粒；步骤4，将工具基体置于石英管内并抽真空，接着将其移至加热炉内并在350℃-700℃温度下加热5-60分钟，然后在保持抽真空状态下将其冷至室温。2.根据权利要求1所述的一种低温钎焊立方氮化硼磨粒的方法，其特征在于：该步骤4中的加热炉为管式炉。3.根据权利要求1所述的一种低温钎焊立方氮化硼磨粒的方法，其特征在于：该步骤4中的石英管被抽真空至真空度为5*10-4Pa以下。4.根据权利要求1或2或3所述的一种低温钎焊立方氮化硼磨粒的方法，其特征在于：该步骤1中：Sn-Cu-Ti合金粉末包含Cu、Ti、Ag和Ge，该Cu：Ti：Ag：Ge重量百分比为(0.71～40)％：(0.25～6)％：(0～20)％：(0～0.5)％，余量为Sn。5.根据权利要求1或...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖信江，穆德魁，贺琦琦，刘卓，黄辉，徐西鹏，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建,35