一种真空压力焊Ti箔金刚石制造砂轮的方法技术

本发明专利技术公开了一种真空压力焊Ti箔金刚石制造砂轮的方法，具体涉及一种真空压力焊单层金刚石砂轮的制作方法。本发明专利技术所需材料为砂轮钢基体、单质金属粉和金刚石磨粒。首先对砂轮钢基体进行清洗，在真空炉中熔结CuNi合金涂层，接着在CuNi合金层上铺一层Ti箔，然后采用轧制的方法将金刚石磨粒压入CuNi合金涂层，并对压入的金刚石磨粒采用陶瓷板进行压制，最后经高温加热扩散实现金刚石牢固连接。该技术在界面处采用金刚石压入Ti箔的方法，能够实时保持金刚石与Ti箔表面经摩擦而清理干净，经后续的加热形成碳化物，提高了金刚石的把持强度，制造的砂轮具有磨粒热损伤小、精度高的优点。精度高的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种真空压力焊Ti箔金刚石制造砂轮的方法


[0001]本专利技术属于超硬材料工具领域，特别涉及单层金刚石砂轮的制造方法。

技术介绍

[0002]金刚石具有极高的硬度和良好的耐磨性，是加工玻璃、陶瓷、花岗岩、硬质合金等硬脆材料的理想材料。但金刚石与一般金属及其合金之间具有很高的界面能，与金属及其合金的浸润性很差，且高温时容易石墨化，致使金刚石焊接性很差。金刚石与金属连接的主要困难在于：一是焊接温度受到金刚石石墨化的限制，导致界面处石墨化或不能有效焊接，使得接头强度低；二是金属材料对金刚石润湿性差，焊接后基体对金刚石的把持强度低，造成工具在使用过程中金刚石脱落，不能充分发挥金刚石的优良性能；三是金刚石的线膨胀系数与大多数合金不匹配，焊接时容易出现裂纹。
[0003]为提高合金对金刚石的润湿性，也可采用金刚石表面镀覆工艺，即在金刚石表面包裹一薄层金属外衣，但不一定能在金刚石表面生成碳化物过渡层。表面镀层金属合理的话，能够在一定程度避免Ni、Fe等触媒金属直接作用于金刚石，有效避免金刚石石墨化，比如采用盐浴渗覆Ti，然后将镀钛金刚石置于真空炉中，在1.33
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4Pa的真空度下加热900℃(1h)后随炉冷却。由于钛是强碳化物形成元素，在加热过程中与金刚石表面的碳原子结合生成TiC的晶核并逐渐长大，直至在金刚石表面形成一薄层TiC过渡层。但这种工艺存在工艺复杂、有一定的环境污染。
[0004]金刚石砂轮的制造方法主要有烧结、钎焊、电镀等工艺，其中烧结、电镀由于对磨粒把持力不高，常因磨粒过早脱落而失效，钎焊能够在金刚石与钎料间形成化学冶金结合，但也受到钎焊温度和钎料中活性元素高真空要求的限制。钎焊金刚石常用方法主要有真空钎焊、激光钎焊、保护气氛钎焊等。金刚石钎焊主要采用的是Ag、Cu基或Ni基钎料，其中Ag、Cu基钎料对金刚石的润湿性较差，同时Ag、Cu基钎料的硬度小、耐磨性差，使得钎焊层磨损导致磨粒出露过高而脱落。Ni基钎料对金刚石的润湿性比Cu基钎料好，但Ni基钎料熔点过高且为触媒，因此Ni元素会对金刚石造成较大的热损伤，同时Ni基有时却因耐磨性过高使得磨粒出露较低。可以看出，金刚石钎焊的钎料多采用Ti、Cr等作为活性元素，钎焊多采用Cu、Ni基钎料。考虑到Cu、Ni合金能够调控合金的强度、耐磨性等，且二者可以无限互溶，因此选择CuNi基合金。在金刚石连接方面，考虑到正是由于Ni与金刚石在过高的钎焊温度接触，导致金刚石石墨化，如果有效降低焊接温度以及避免Ni与金刚石的接触，即可以降低金刚石的热损伤。在焊接方面，采用活性元素直接高温互扩散形成有效化学冶金结合，就能够实现金刚石的好强度连接，又可以避免金刚石的热损伤。

技术实现思路

[0005]现提出一种新的方法，本专利技术将金刚石颗粒压入Ti箔及结合剂的合金中，不仅用Ti箔将金刚石颗粒与合金隔开，而且在金刚石颗粒压入过程中经摩擦将金刚石及Ti箔清理干净并充分接触，为后续的焊接做好准备。其次在金刚石周围形成隆起，包裹住金刚石颗
粒，有利于提高基体对金刚石颗粒的把持力。压入金刚石颗粒后，在真空炉中对金刚石磨粒压住的同时进行高温压力扩散焊，该温度由于低于原先的钎焊温度，不会对金刚石造成热损伤，由于Ti与金刚石的充分接触，后续的高温能够促使金刚石与Ti箔发生充分的接触并形成界面结合，而在Ti箔与CuNi合金也会发生扩散，确保金刚石与CuNi合金高的连接强度，而且CuNi合金也可根据需要适当调整。
[0006]本专利技术真空压力焊Ti箔金刚石制造砂轮的方法，包括下述工艺步骤：
[0007]步骤一、对砂轮的碳钢基体表面进行预处理，用砂轮或砂纸打磨碳钢基体表面去除氧化物和铁锈，用酒精或丙酮清除表面的油污；
[0008]步骤二、将单质金属Cu、Ni粉按一定比例组成混合粉，并用球磨机进行球磨混合；其中Cu、Ni混合粉中Cu金属粉质量分数为30～70％，其余为Ni金属粉，Cu、Ni金属粉末粒径在30～50μm。球磨混合采用钢制球磨罐进行球磨混合，其中的磨球与混合粉质量比为2.5～3.2∶1，密封后打开真空阀抽真空20～30分钟，将球磨罐放入行星式球磨机，转速为260～300r/min，倒向频率30～45Hz，进行球磨混料时间为20～40分钟。
[0009]步骤三、将混合粉与压敏胶按1：1.3～1.4重量比例混合制成熔结粉，将其涂覆到碳钢基体表面，涂覆厚度为300～450μm，然后在150～200℃烘干1～2h。
[0010]步骤四、采用真空炉将涂覆的熔结粉加热进行熔结并随炉冷却，熔结的加热温度在980～1030℃加热粉末熔化保温5～8min分钟，之后随炉冷却，得到CuNi熔结涂层。
[0011]步骤五、用厚度为1～3μm的Ti箔覆盖在涂层上，并将粒度为120～450μm的金刚石颗粒按需排列放在Ti箔上，用轧辊将金刚石颗粒压入Ti箔及CuNi涂层，并对压入的金刚石磨粒采用陶瓷板进行压制固定，压入的深度控制在80～100μm，为金刚石砂轮毛坯；
[0012]步骤六、采用真空炉加热压力焊金刚石砂轮毛坯，具体就是将真空炉抽真空至10
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4Pa，之后加热金刚石砂轮毛坯到850～900℃，保温时间为20～30分钟，之后随炉冷却，制得单层金刚石砂轮。
[0013]本专利技术的有益效果是：
[0014](1)本专利技术利用Ti箔作为活性材料，采用压入的方式使Ti与金刚石相互摩擦实现充分接触，再经高温作用使其界面形成碳化物层，增强了金属对金刚石磨粒的把持力，而且金刚石在连接过程中不再经受高温的热损伤，有效提高把持力，而且降低了金刚石热损伤。
[0015](2)本专利技术利用轧辊将金刚石颗粒压入Ti箔和CuNi涂层，其能够在金刚石颗粒四周形成隆起，有效包裹住金刚石，进一步增强焊料对金刚石颗粒的把持力，提高单层金刚石砂轮的耐用性，减少磨粒脱落。
具体实施方式
[0016]实施例1：
[0017]步骤一、选择45钢作为砂轮的基体，用砂轮打磨砂轮基体表面去除氧化物和铁锈，用酒精清除表面的油污；
[0018]步骤二、将单质金属Cu、Ni粉按一定比例组成混合粉，并用球磨机进行球磨混合；其中Cu、Ni混合粉中Cu金属粉质量分数为30％，其余为Ni金属粉，Cu、Ni金属粉末粒径在30～50μm。球磨混合采用钢制球磨罐进行球磨混合，其中的磨球与混合粉质量比为2.5∶1，密封后打开真空阀抽真空20分钟，将球磨罐放入行星式球磨机，转速为260r/min，倒向频率
30Hz，进行球磨混料时间为20分钟。
[0019]步骤三、将混合粉与压敏胶按1：1.3重量比例混合制成熔结粉，将其涂覆到碳钢基体表面，涂覆厚度为300μm，然后在150℃烘干1h。
[0020]步骤四、采用真空炉将涂覆的熔结粉加热进行熔结并随炉冷却，熔结的加热温度在980℃加热粉末熔化保温5min分钟，之后随炉冷却，得到CuNi熔结涂层。
[0021]步骤五、用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种真空压力焊Ti箔金刚石制造砂轮的方法，其特征在于，所述的方法包括下述工艺步骤：步骤一、对砂轮的碳钢基体表面进行预处理，用砂轮或砂纸打磨碳钢基体表面去除氧化物和铁锈，用酒精或丙酮清除表面的油污；步骤二、将单质金属Cu、Ni粉按一定比例组成混合粉，并用球磨机进行球磨混合；步骤三、将混合粉与压敏胶按1：1.3～1.4重量比例混合制成熔结粉，将其涂覆到碳钢基体表面，涂覆厚度为300～450μm，并烘干；步骤四、采用真空炉将涂覆的熔结粉加热进行熔结并随炉冷却，得到CuNi涂层；步骤五、用厚度为1～3μm的Ti箔覆盖在涂层上，并将金刚石颗粒按需排列放在Ti箔上，用轧辊将金刚石颗粒压入Ti箔及CuNi涂层，并对压入的金刚石磨粒采用陶瓷板进行压制固定，为金刚石砂轮毛坯；步骤六、采用真空炉加热压力焊金刚石砂轮毛坯，冷却后即为单层金刚石砂轮。2.根据权利要求1所述的一种真空压力焊Ti箔金刚石制造砂轮的方法，其特征在于：所述的单质金属Cu、Ni粉中Cu金属粉质量分数为30～70％，其余为Ni金属粉，Cu、Ni金属粉末粒径在30～50μm。3.根据权利要求1所述的一种真空压力焊Ti箔金刚石制造砂轮的方法，其特征在于：所述的球磨混合是采用钢制球磨罐进行球磨混合，其中的磨球与混合粉质量比为2.5～3.2∶...

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