一种激光钎焊单层金刚石砂轮的制作方法技术

本发明专利技术涉及一种钎焊单层金刚石工具的方法，属于超硬材料工具制作领域。采用NiCrBSi、CuPSn、TiH2混合作为钎料，其中的TiH2在激光的加热过程中实时分解出H2，避免了高温钎焊过程中金刚石石墨化，因此适宜在空气中用激光束进行钎焊，能够实现金刚石与钢基体的高强度连接，焊后在金刚石的表面形成了一薄层碳化物，Cu基钎料对金刚石的热损伤较小，可用于实现小批量、大尺寸金刚石工具的制作。多种合金化钎料进行混合，大幅降低了钎料的成本，且成分调控方便，使金刚石工具适应于不同工况和材料的加工要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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、Ag、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，但钎焊单层金刚石工具多采用粉状钎料，粉状合金化钎料需要首先合金熔炼然后雾化，在制造过程中需要保护气氛，因此不仅制作成本高，而且存在成分不易调控的缺点，金刚石工具的使用范围较广，不同的被加工材料和工况条件对工具性能有不同的要求，因此，钎焊金刚石工具对钎料的熔点、成分、耐磨性的要求与普通钎料存在差异，有其特殊性和多样性。NiCrBSi系钎料具有硬度高、耐磨性好等特点，是当前钎焊单层金刚石工具行业应用最广泛的钎料。该钎料钎焊温度较高，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，最终导致金刚石热损伤较大。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，NiCrBSi钎料磨损较慢，使得工具发生钝化，即自锐性差，影响工作效率。而如果采用Cu基活性钎料进行金刚石工具钎焊，可以减小金刚石热损伤，、并且工具使用中磨粒易实时出露，但其强度有时偏低。由此可以看出，Ni基与Cu基钎料对钎焊金刚石具有较好的互补性，并且Cu与Ni元素可以无限互溶。采用激光钎焊易于实现小批量、尺寸大的工具的生产，但金刚石在空气中进行钎焊时，由于氧的存在导致金刚石颗粒将发生严重石墨化，降低金刚石的机械性能，使金刚石工具寿命降低，甚至无法使用，因此激光钎焊多需要采用保护气氛进行保护，不仅增加了成本，而且降低了生产效率。另外，由于金刚石钎焊使用的钎料多含有活性元素Cr或Ti，因此在制备该类合金化的钎料过程中需要高的真空度，并且需要喷粉雾化，其成分也比较固定，对其成分调控不方便。本专利技术采用按比例将多种合金化钎料进行混合，大幅降低了钎料的成本，且成分调控方便。
技术实现思路
本专利技术采用添加适量TiH2的多种粉状合金化钎料相混合进行激光钎焊，在激光的快速加热过程中，TiH2经过550~730℃时，会及时分解出H2以避免活性元素被氧化和金刚石的石墨化，而Ti元素可以增加钎料对金刚石的润湿性。为了降低钎焊温度，减少金刚石的热损伤，采用NiCrBSi、CuPSn、TiH2混合作为钎料，CuPSn的熔点只有650-700℃，降低了钎料的熔点，NiCrBSi中的Cr作为活性元素能够增强钎料对金刚石的润湿性，少量TiH2在加热过程中分解出两个H原子结合生成H2气后，体积会膨胀，因此能够避免金刚石在空气中石墨化和Cr的氧化。本专利技术提供的一种新型钎焊单层金刚石砂轮的制作方法，包括以下步骤：（1）采用机加工的方法制备所需要金刚石砂轮基体，并对基体除油除锈。（2）采用纯度超过质量比99.9%的NiCrBSi、CuPSn、TiH2，其质量百分比的组成为：NiCrBSi为15~25%；CuPSn为70~80%；TiH2为2~5%，按比例进行混合制成复合钎料。其中NiCrBSi合金粉的质量百分比组成为：C为0.6-1.2%，Cr为12-15%，B为2.5-4.5%，Si为3-4.5%，Ni为75~81%。其中CuPSn的质量百分比组成为：P为5-6%，Sn为2-3%，Cu为91-93%。（3）将复合钎料与压敏胶以1∶2.3~2.8的重量比例混合均匀制成钎料浆液。（4）涂覆：金刚石磨粒粒度为120~450μm，钎料浆液均匀涂覆固定在砂轮钢基体表面，涂覆的钎料浆液厚度为金刚石磨粒平均粒径的95-125％。（5）按底层为金刚石砂轮金属基体、中层为钎料浆液、上层为金刚石磨粒的顺序制作工具成型毛坯。（6）采用激光加热至钎料熔化，激光的功率为870~1030W，扫描速度为50~65mm/min，光斑面积为16~25mm2。钎焊温度为980~1020℃，冷却后金刚石磨料固定于砂轮基体表面即为成品。在加热过程中需要采用气罩将残留的H2及时抽走，气罩功率为0.5~1.5kW。本专利技术的有益效果：（1）本专利技术的工艺方法可以在空气中实现金刚石的钎焊，免去了保护罩，因此不仅降低了成本，而且可以实现较大尺寸工具的快速制造。（2）本专利技术采用的Cu基钎料，活性元素为Cr，避免了钎料中大量Ni元素导致金刚石的石墨化，降低了金刚石的热损伤，而且复合钎料的成分可以在一定范围适当调控，以适应不同的加工要求。具体实施方式实施例1（1）采用机加工的方法制备所需要金刚石砂轮的基体，选择65Mn钢作为砂轮基体，并对基体除油除锈。（2）采用纯度超过质量比99.9%的NiCrBSi、CuPSn、TiH2，其质量百分比的组成为：NiCrBSi为20%；CuPSn为75%；TiH2为5%，按比例进行混合制成复合钎料。其中NiCrBSi合金粉的质量百分组成为：C为0.6-1.2%，Cr为12-15%，B为2.5-4.5%，Si为3-4.5%，Ni为75~81%。其中CuPSn的质量百分组成为：P为5-6%，Sn为2-3%，Cu为91-93%。（3）将复合钎料与压敏胶以1∶2.5重量比例混合均匀制成钎料浆液。（4）涂覆：金刚石粒度为280~320μm，钎料浆液均匀涂覆固定在砂轮钢基体表面，涂覆的钎料浆液厚度为金刚石磨粒平均粒径的100％。（5）按底层为金刚石砂轮金属基体、中层为钎料浆液、上层为金刚石磨粒的顺序制作工具成型毛坯。（6）采用激光加热至钎料熔化，激光的功率为1010W，扫描速度为55mm/min，光斑面积为20mm2。钎焊温度1020℃，冷却后金刚石磨料固定于砂轮基体表面即为成品。在加热过程中需要采用气罩将残留的H2及时抽走，气罩功率为1kW。结果表明，钎焊砂轮的金刚石界面处有Cr的碳化物形成，提高了钎料对金刚石的润湿性，由于Cu与Ni无限互溶，钎料成分均匀，该砂轮具有金刚石磨粒把持强度高、热损伤小的特点。实施例2（1）采用机加工的方法制备所需要金刚石砂轮的基体，选择45钢作为砂轮基体，并对基体除油除锈。（2）采用纯度超过质量比99.9%的NiCrBSi、CuPSn、TiH2，其质量百分比的组成为：NiCrBSi为25%；CuPSn为70%；TiH2为5%，按比例进行混合制成复合钎料。其中NiCrBSi合金粉的质量百分组成为：C为0.6-1.2%，Cr为12-15%，B为2.5-4.5%，Si为3-4.5%，Ni为75~81%。其中CuPSn的质量百分组成为：P为5-6%，Sn为2-3%，Cu为91-93%。（3）将复合钎料与压敏胶以1∶2.6重量比例混合均匀制成钎料浆液。（4）涂覆：金刚石粒度为120~150μm，钎料浆液均本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光钎焊单层金刚石砂轮的制作方法，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金刚石砂轮基体，并对砂轮基体除油除锈；步骤二、钎料制作：采用纯度超过质量比99.9%的NiCrBSi、CuPSn、TiH2，按比例进行混合制成复合钎料；步骤三、钎料浆液制作：将复合钎料与压敏胶按重量比例混合制成钎料浆液；步骤四、涂覆：钎料浆液与金刚石磨粒按比例混合均匀涂覆固定在砂轮基体表面；步骤五、按底层为金刚石砂轮基体、中层为钎料浆液、上层为金刚石磨粒的顺序制作工具成型毛坯；步骤六、采用激光加热至钎料熔化，冷却后金刚石磨粒固定于砂轮基体表面即为成品；在加热过程中需要采用气罩将分解的H2及时抽走。

【技术特征摘要】
1.一种激光钎焊单层金刚石砂轮的制作方法，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金刚石砂轮基体，并对砂轮基体除油除锈；
步骤二、钎料制作：采用纯度超过质量比99.9%的NiCrBSi、CuPSn、TiH2，按比例进行混合制成复合钎料；
步骤三、钎料浆液制作：将复合钎料与压敏胶按重量比例混合制成钎料浆液；
步骤四、涂覆：钎料浆液与金刚石磨粒按比例混合均匀涂覆固定在砂轮基体表面；
步骤五、按底层为金刚石砂轮基体、中层为钎料浆液、上层为金刚石磨粒的顺序制作工具成型毛坯；
步骤六、采用激光加热至钎料熔化，冷却后金刚石磨粒固定于砂轮基体表面即为成品；在加热过程中需要采用气罩将分解的H2及时抽走。
2.根据权利要求1所述的激光钎焊单层金刚石砂轮的制作方法，其特征在于：所述的复合钎料的质量百分比组成为：NiCrBSi为15~25%、CuPSn为70~80%、TiH2为2~5%，其中NiCr...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢金斌，马明星，王广勋，殷振，刘威，朱其新，张旺玺，齐文春，齐芳娟，曹自洋，
申请(专利权)人：苏州科技学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32