本发明专利技术涉及一种铜基钎料激光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Cu、Ni、Cr、Ti单质金属粉混合制成铜基钎料对金刚石进行激光钎焊，其中的Cr，Ti能够提高钎料对金刚石的润湿性，进而与金刚石实现高强度连接，焊接过程采用氩气进行保护，同时后面通入氮气对处于固液的钎料进行冷却和化学反应，氮气对钎焊层一方面能够避免氧化，另一方面其中的N在高温时能够与钎料中的Cr、Ti在钎料的表面反应形成CrN、TiN等氮化物，不仅在钎焊层形成氮化物保护层，而且成本较低，制造的钎焊层内部韧性和塑性高，其表面耐磨性高，使得工具在使用时能够减少钎焊层磨损，延长工具寿命。命。
【技术实现步骤摘要】
一种铜基钎料激光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，金刚石具有高硬度，高耐磨性，低摩擦因数和强导热性等优异性能，因此，多被用于制造金刚石工具，尤其用于加工硬脆材料，但传统的烧结、电镀等制造工艺由于未能对金刚石有效把持，使得制造的工具在使用过程中金刚石磨粒很容易脱落，对金刚石进行钎焊能够在钎料与金刚石之间形成化学冶金结合，提高金刚石磨粒的把持强度，钎焊金刚石工具具有较高的寿命和出露高度。此外，钎焊工艺对环境基本无污染，因此，钎焊金刚石工具也被广泛看作是电镀工具的最佳替代产品。
[0003]钎焊多采用含有活性元素(如Cr、Ti)的Ni、Ag、Cu基钎料，另外，考虑到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。目前较多使用Ni、Ag、Cu基等钎料，但Ni基钎料熔点过高，钎焊加热时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，而Ag基因成本过高，并不适合大规模生产。此外，常用的Ag、Cu基钎料对金刚石的润湿性较差，且Cr在Ag、Cu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，但C在Ag、Cu基钎料中的溶解度极低且其熔点较低，因此Ag、Cu基钎料对金刚石的化学侵蚀较低，为提高Ag、Cu基对金刚石的润湿性，大多采用添加活性元素Ti提高对金刚石的润湿性。另外，金刚石工具在加工过程中由于摩擦会承受高温，故需要熔点和耐磨性合适的钎料，由于Cu基材料的耐磨性较差，因此使得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元素，可以提高钎料的力学性能和高温性能，其次Ni元素对金刚石的润湿性较好，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，因此钎料选定Cu、Ni、Cr、Ti作为钎料的主要元素。
[0004]采用激光钎焊易于实现小批量、大尺寸工具的生产，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会发生严重石墨化，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，以避免钎料的氧化。
[0005]由于金刚石工具在加工过程中会承受较多磨屑的摩擦，钎焊层受到磨损使金刚石磨粒脱落，因此对钎焊层需要较高的耐磨性和韧性。众所周知，零件的磨损是从表面开始，因此通过表面处理也可提高耐磨性，而且能够保证钎焊层具有良好的韧性，以承受工具加工过程中的冲击载荷。金刚石在焊后通过通入氩气保护适当冷却的同时，通入氮气，一方面钎料避免氧化，另一方面其中的N在高温时能够与钎料中的Cr、Ti在钎料的表面反应形成CrN、TiN等氮化物，不仅能起到形成氮化物保护层，减少钎料磨损，而且成本较低。该技术可以使钎焊金刚石工具钎料内部韧性和塑性高，表面耐磨性好。
[0006]本专利技术采用按比例的单质金属混合制造钎料，大幅降低了钎料的成本，且成分调
控方便。
技术实现思路
[0007]本专利技术采用通入氮气保护钎料的同时，在高温条件下，氮气与表面多种金属反应，钎焊层表面形成氮化物，增强了钎焊层耐磨性，保持了铜基钎料钎焊层良好韧性。
[0008]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承受较高温度，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。
[0009]本专利技术提供的一种新型钎料钎焊单层金刚石砂轮的制作方法，包括以下步骤：
[0010](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。
[0011](2)采用Cu、Ni、Cr、Ti单质金属粉混合制成的铜基钎料，其中Cr的质量含量为2～4％，Ti的质量含量为8～12％，Ni的质量含量为8～12％，其余为Cu。
[0012](3)将上述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。
[0013](4)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，其中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％。
[0014](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。
[0015](6)采用功率为870～1030W，扫描速度为50～65mm/min，光斑面积为15～27mm2的激光加热成型毛坯至钎料熔化，进行激光钎焊，钎焊的温度为1040～1500℃，通入氩气进行保护；在激光喷头后加入另一个喷头，并通入氮气进一步进行保护及化学反应在钎焊层表面形成氮化物层，保护气施加在金刚石顶部，其中氩气为99.99％的高纯氩气，气流量范围为5L/min～15L/min，氮气其流量范围为4L/min～17L/min，冷却后金刚石磨粒固定于基体表面。
[0016]本专利技术的有益效果：
[0017](1)本专利技术采用激光焊完后再进行氮气冷却和反应能起到防氧化的作用，同时，在高温下，氮气与表面金属进行反应能够在钎料表面生成氮化物，以提高钎料耐磨性和硬度，保持该钎料内部塑形和韧性好的优点。
[0018](2)本专利技术采用含一定量的Ni、Cr、Ti的铜基钎料，活性元素为Cr、Ti，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。
具体实施方式
[0019]实施例1
[0020](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。
[0021](2)采用Cu、Ni、Cr、Ti单质金属粉混合制成的铜基钎料，其中Cr质量含量为2％，Ti质量含量为8％，Ni质量含量为8％，其余为Cu。
[0022](3)将由铜基钎料与压敏胶以1∶2.5重量比例混合制成钎料浆液。
[0023](4)钎料浆液与金刚石磨粒按金刚石磨粒的粒度为120～180μm，涂覆的钎料浆液
厚度为金刚石磨粒平均粒径的100％混合均匀涂覆固定在砂轮基体表面。
[0024](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。
[0025](6)采用功率为1030W，扫描速度为65mm/min，光斑面积为27mm2的激光加热成型毛坯至钎料熔化，进行激光钎焊，钎焊的温度为1500℃，通入氩气进行保护；在激光喷头后加入另一个喷头，并通入氮气进一步进行保护及化学反应形成氮化物覆盖在表面，保护气施加在金刚石顶部，其中氩气为99.99％的高纯氩气，氩气流量为15L/min，氮气流量为17L/min，冷却后金刚石磨粒固定于基体表面。
[0026]结果表明，采用含有活性元素的铜基钎料对金刚石进行钎焊，避免了钎料中大量N本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种铜基钎料激光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、钎料的制作：采用一定的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、采用激光加热工具成型毛坯至钎料熔化，进行激光钎焊，通入氩气进行保护；在激光喷头后加入另一个喷头，并通入氮气进一步进行化学反应及保护，冷却后金刚石磨粒固定于基体表面即为成品。2.根据权利要求1所述的一种铜基钎料激光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Cr质量含量为2～4％，Ti质量含量为8～12％，Ni质量含量为8～12％，其余为Cu。3.根据权利要求1所述的一种铜基钎料激光钎焊金刚石磨粒的方法，其特...
【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，苗情，邓梓晗，李洪哲，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：
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