一种铜基钎料真空钎焊金刚石磨粒的方法技术

本发明专利技术涉及一种铜基钎料真空钎焊金刚石磨粒的方法，属于超硬材料工具制作领域。采用由Al、Cu、Ni、Cr、Ti等单质金属粉混合制成铜基钎料对金刚石进行真空钎焊，避免钎料被氧化，焊后通入含有氨气的氮气进行高温渗氮反应和冷却，其中氨气分解的N与钎料中的Cr、Ti、Al在钎料的表面反应形成一薄层CrN、TiN、AlN等氮化物，钎焊层表面形成氮化物的耐磨层，增强了其耐磨性和硬度。采用这种工艺制造的工具在使用过程中避免因Cu基钎料耐磨性差导致的磨粒脱落，而Cu基体钎料能够降低钎焊过程中的热损伤，工具能承受较大的冲击载荷。工具能承受较大的冲击载荷。

【技术实现步骤摘要】
一种铜基钎料真空钎焊金刚石磨粒的方法


[0001]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

[0002]众所周知，金刚石具有诸多优异性能，如：高硬度，高耐磨性，低摩擦系数和优异的导热性等，因此，用于制造加工硬脆材料的金刚石工具，但传统的烧结、电镀等制造工艺由于对金刚石把持度低，使得制造的工具在使用过程中，金刚石磨粒很容易脱落，并对环境污染大。通过钎焊金刚石能够在钎料与金刚石间形成化学冶金结合，提高金刚石磨粒的把持强度和出露高度，钎焊金刚石工具具有较高的寿命。
[0003]钎焊多采用含有活性元素(如Cr、Ti、V)的Ni、Ag、Cu基钎料，考虑到金刚石工具加工对象和使用场合的多样性，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。目前经常使用Ni、Ag、Cu基钎料等，由于Ni基钎料对金刚石润湿性、耐磨性较高，但钎焊时其过高的熔点易导致对金刚石热损伤较大进而影响金刚石工具的性能和使用寿命。金刚石由于其C元素在Ag、Cu基中的溶解度极低，且Ag、Cu基钎料熔点较低，因此Ag、Cu基钎料对金刚石的化学侵蚀较低，金刚石热损伤小，但也导致Ag、Cu基钎料对金刚石润湿性较差，为提高Ag、Cu基对金刚石的润湿性，需要添加一定的活性元素，而Cr在Ag、Cu基合金中的溶解度极低导致CuCr或AgCr合金分层或形成所谓的假合金，因此多采用Ti元素作为活性元素，但Ag、Cu基钎料耐磨性较低，但金刚石工具在加工过程中由于摩擦会承受高温，故对钎料的熔点、耐磨性有一定的要求，以避免工具在加工过程中容易因钎焊层磨损，导致金刚石出露过高而脱落，通过添加适量的Ni、Al元素，可以提高钎料的力学性能、高温性能和润湿性，其次Ni元素对金刚石的润湿性较好，而且Cu与Ni能够无限互溶，另外，钎料中Ni元素的增加能够适当提高Cr的溶解度，Al元素熔点低，且能够与Ni形成金属间化合物，通过在钎料添加一定量的合金元素能够提高钎料的强度和耐磨性，但过多的合金元素会使得钎料脆性增加。因此钎料选定添加少量Al、Ni、Cr、Ti的Cu基钎料。
[0004]考虑到金刚石在钎焊过程中容易石墨化，而Ti、Al极易氧化，因此选择真空炉进行钎焊。为进一步提高钎焊层耐磨性，而表面处理也可提高钎焊层耐磨性，且能够保证钎料具有良好的韧性。金刚石工具在焊后通入含有氨气的氮气进行高温渗氮，其中的N能够与钎料中的Cr、Ti、Al在钎料的表面反应形成一薄层CrN、TiN、AlN等氮化物，通入的氮气不仅有利于快速降低金刚石的高温，避免金刚石石墨化，而且在钎料表面形成一定的氮化物保护层，能够减少工具在使用时钎料磨损，而钎料内部韧性、塑性高，可以更好适用于磨削加工中的冲击。
[0005]本专利技术采用含有活性元素的新型铜基钎料进行钎焊，再在含有氨气的氮气中随炉冷却，可以提高金刚石工具钎焊层的耐磨性，避免金刚石磨粒脱落，提高工具的寿命。

技术实现思路

[0006]本专利技术采用在真空炉中钎焊金刚石降温时通入含有氨气的氮气保护钎料的同时，
在真空高温条件下，钎料不会被氧化，在冷却时通入含有氨气的氮气可以促进金刚石磨粒尽快脱离高温，尽可能避免金刚石热损伤，同时促进钎料表面多种金属与氨气中N进行反应，钎焊层表面形成氮化物的耐磨层，提高工具钎焊层耐磨性和硬度。
[0007]为了提高钎料对金刚石的润湿性，在钎料中加入Ti和Cr，因为金刚石工具在加工过程中温度较高，加入适量的Ni元素提高钎料的力学性能和高温性能，同时，Ni元素对金刚石的润湿性也较好。
[0008]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：
[0009](1)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。
[0010](2)采用一定的Al、Cu、Ni、Cr、Ti混合制成的铜基钎料，Al质量含量为5～8％，Cr质量含量为2～3％，Ti质量含量为8～10％，Ni质量含量为20～30％，其余为Cu。
[0011](3)将由铜基钎料与压敏胶以1∶2.3～2.8重量比例混合制成钎料浆液。
[0012](4)钎料浆液与金刚石磨粒按金刚石磨粒的粒度为120～450μm，涂覆的钎料浆液厚度为金刚石磨粒平均粒径的95
‑
125％，混合均匀后涂覆固定在砂轮基体表面。
[0013](5)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。
[0014](6)采用真空炉抽至真空状态，加热到1020～1050℃保温3～8min，随后通入含有氨气的氮气并随炉冷却，其中氨气比例控制在20～50％，真空炉中气压保持在10～100Pa。最后在钎焊层形成氮化物的保护层。
[0015]本专利技术的有益效果：
[0016](1)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，而且该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。
[0017](3)本专利技术采用金刚石真空钎焊后采用通入含有氨气的氮气随炉冷却，既能起到防氧化的作用，同时，在高温的环境下，氨气中的N与钎焊层活性元素Cr、Al、Ti反应生成氮化物，提高钎焊层表面硬度及耐磨性，进一步保护钎焊层，而在钎焊层保持较好的韧性，可以承受磨削过程中的冲击。
具体实施方式
[0018]实施例1
[0019](1)选择45钢作为砂轮基体，并采用机加工的方法制备所需要金刚石砂轮基体，最后对砂轮基体除油除锈。
[0020](2)采用一定的Al、Cu、Ni、Cr、Ti混合制成的铜基钎料，Al质量含量为5％，Cr质量含量为2％，Ti质量含量为8％，Ni质量含量为20％，其余为Cu。
[0021](3)将由铜基钎料与压敏胶以1∶2.8重量比例混合制成钎料浆液。
[0022](4)钎料浆液与金刚石磨粒按金刚石磨粒的粒度为120～300μm，涂覆的钎料浆液厚度为金刚石磨粒平均粒径的125％混合均匀涂覆固定在砂轮基体表面。
[0023](5)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。
[0024](6)采用真空炉抽至真空状态，真空度为10
‑
3Pa，加热到1020℃保温时间3分钟，在
冷却时通入含有氨气的氮气并随炉冷却，其中氨气比例控制在20％，保持氮气的气压为10Pa，在氮气气氛中冷却到室温取出。
[0025]结果表明，本专利技术采用含有氨气的氮气进行渗氮并保护，不仅能起到防氧化的作用，而且表面形成一定的氮化物层，能够起到一定的耐磨作用。
[0026]实施例2
[0027](1)选择65Mn钢作为砂轮基体，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。
[0028](2)采用一定的Al、Cu、Ni、Cr、Ti混合制成的铜基钎料，Al质量含量为8％，Cr质量含量为3％，Ti质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜基钎料真空钎焊金刚石磨粒的方法，其特征在于，所述的制作方法包括下列的工艺步骤：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、钎料的制作：采用一定的Al、Cu、Ni、Cr、Ti混合制成铜基钎料；步骤三、钎料浆液制作：将铜基钎料与压敏胶按一定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一定比例混合均匀，并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、采用真空炉抽至真空状态，加热工具成型毛坯到一定的钎焊温度并进行保温钎焊，然后通入含有氨气的氮气对焊件进行表面处理并随炉冷却。2.根据权利要求1所述的一种铜基钎料真空钎焊金刚石磨粒的方法，其特征在于：所述的铜基钎料的比例是，Al的质量含量为5～8％，Cr的质量含量为2～3％，Ti的质量含量为8～10％，Ni的质量含量为20～30％，其余为...

【专利技术属性】
技术研发人员：许馨玉，卢金斌，吴仪，杨诗睿，殷晓薇，邓梓晗，李洪哲，苗情，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：