本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)均布地貌的單層超硬磨料工具制備工藝，屬于超硬磨料工具制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

新一代的釬焊超硬磨料工具是利用焊料熔化的方式將超硬磨料與工件基體焊接在一起制作而成。目前常用的釬焊工具有釬焊鋸片、釬焊磨輪、釬焊鉆頭等。釬焊工具由于其具有磨料出露高、高把持強(qiáng)度、鋒利度高以及壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，在金屬材料、硬脆材料等領(lǐng)域的切割、磨削已得到了越來(lái)越多的應(yīng)用，并在許多領(lǐng)域替代了傳統(tǒng)的電鍍工具。

以金剛石和立方氮化硼(CBN)為主制作的釬焊超硬磨料工具被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)金屬材料的切割、磨削加工，石材、微晶玻璃、塑料、碳纖維等硬脆材料的切割加工。并且在公路養(yǎng)護(hù)、地質(zhì)鉆探、礦山開(kāi)采、公共安全等領(lǐng)域得到了越來(lái)越多的應(yīng)用，市場(chǎng)需求逐漸增多。

目前，歐美、韓國(guó)少數(shù)國(guó)家以及我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)掌握了一定的釬焊超硬工具的布料工藝。國(guó)內(nèi)目前由于相關(guān)技術(shù)處于產(chǎn)業(yè)化初期，工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化程度低，工藝穩(wěn)定性較低。目前存在的制備工藝主要包括兩種形式，一種為先涂覆一層焊料合金層，然后排布金剛石磨料。另一種為先布灑金剛石磨料，再排布合金焊料顆粒。兩種方式均有自身的特點(diǎn)。目前均在使用，且在不同結(jié)構(gòu)的工具制備中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

總結(jié)上述兩種排布方式，可以看出，兩種方式均涉及到超硬磨料的排布。而超硬磨料的排布由于需要達(dá)到均勻或者按一定的序列排布，往往涉及到復(fù)雜的工藝與設(shè)備，且生產(chǎn)效率較低，不利于產(chǎn)品成本降低與工業(yè)化推廣。通過(guò)對(duì)超硬磨料工具表面地貌的研究分析可以看出，超硬磨料的分布無(wú)論序列還是隨機(jī)排布，最為關(guān)鍵的因素是超硬磨料的均勻分布，即磨料均勻的狀態(tài)下，使得每顆磨料的受力狀態(tài)較為平均，且磨粒的散熱空間相同，此時(shí)的工具則有較高的加工性能。

因此，實(shí)現(xiàn)釬焊工具表面的超硬磨料表面均布，是實(shí)現(xiàn)工具自動(dòng)化高效生產(chǎn)的關(guān)鍵之一。分析釬焊超硬磨料工具的制備工藝，可以看出，釬焊超硬磨料工藝的整個(gè)過(guò)程中基體清理、高溫釬焊、質(zhì)檢、包裝入庫(kù)等工序?qū)儆诔Ｒ?guī)化操作，目前相關(guān)規(guī)范與操作要求均已精確與標(biāo)準(zhǔn)，可以保證穩(wěn)定與一致。但對(duì)于超硬磨料排布、焊料排布則存在著復(fù)雜的工藝，且不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。因此，決定釬焊超硬磨料工具質(zhì)量關(guān)鍵是磨料與焊料的釬焊布料工藝。

為了能夠精確控制產(chǎn)品質(zhì)量，穩(wěn)定生產(chǎn)工藝，需要一種新型釬焊超硬磨料布料工藝來(lái)解決以上存在的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種可實(shí)現(xiàn)均布地貌的單層釬焊超硬磨料布料工藝。此工藝能夠根據(jù)超硬磨料的要求匹配焊料用量，并實(shí)現(xiàn)超硬磨料在基體表面的均勻分布，使得焊料用量可控，以保證超硬磨料高出露。此外，本工藝步驟簡(jiǎn)單可行，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，經(jīng)濟(jì)效益高。

為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用以下的具體技術(shù)方案：

一種實(shí)現(xiàn)均布地貌的單層超硬磨料工具制備工藝，包括以下幾個(gè)步驟：

步驟一：根據(jù)加工要求，確定超硬磨料參數(shù)；

步驟二，根據(jù)超硬磨料參數(shù)，確定焊料用量，并確定焊料粒度；

步驟三，配制潤(rùn)濕劑，將潤(rùn)濕劑與超硬磨料及合金焊料充分拌勻，混合制備成混合料；

步驟四：在焊接區(qū)域表面涂粘結(jié)劑；

步驟五：涂覆混合料；將步驟三中拌勻的混合料涂抹于表面涂粘結(jié)劑的焊接區(qū)上；

步驟六：?jiǎn)螌踊旌狭?，利用低?00度的熱氣流烘干混合料，由于潤(rùn)濕劑揮發(fā)，粘附力消失，疊層的超硬磨料脫落，而被基體表面的粘結(jié)劑粘結(jié)的顆粒仍然被粘結(jié)，達(dá)到了單層的效果；

步驟七：加熱釬焊；即得到所制備的均布地貌的單層超硬磨料工具。

所述的潤(rùn)濕劑為用于將磨料與焊料均勻混合，并且易揮發(fā)的液體。

步驟三中所述潤(rùn)濕劑的含量占混合料總體積的0.5～2.5％。

所述的超硬磨料包括：金剛石、CBN、聚晶金剛石、聚晶CBN中的一種或多種混合；所述超硬磨料的粒度范圍為16目～80目。

所述的焊料包括：含鉻、鈦元素的鎳基合金焊料、銅基合金焊料或銀基合金焊料。

所述合金焊料的粒度按照以下公式獲得：

則：

V＝(0.45～0.75)R²×(L-2R)

其中，V是焊料顆粒的體積，R是超硬磨料的平均粒半徑，L是磨粒間距由于合金焊料顆粒多為球狀，則，其球粒半徑R1可通過(guò)上式求得：

單層化所述混合料的操作方式包括：振動(dòng)掉落、氣流吹落、直接接觸去除三種中的任意一種。

與傳統(tǒng)的布料工藝相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

第一、工藝精確，可根據(jù)加工要求優(yōu)化磨料與焊料參數(shù)及用量。

第二、層超硬磨料地貌可實(shí)現(xiàn)均勻排布，無(wú)超硬磨料疊層排布現(xiàn)象

第四、宜于工業(yè)化生產(chǎn)。混料、涂覆、單層化作業(yè)等工序均可以通過(guò)自動(dòng)化設(shè)備操作，生產(chǎn)效率高，質(zhì)量穩(wěn)定。

第五、本發(fā)明可大大降低釬焊超硬磨料工具制備時(shí)間，降低成本，提高產(chǎn)品性?xún)r(jià)比，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說(shuō)明

圖1為磨粒與焊料良好釬焊示意圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)介紹本發(fā)明的具體操作方法。

步驟一：根據(jù)材料加工要求，確定超硬磨料的粒度、間距。超硬磨料的粒度根據(jù)加工材料以及精度要求確定，一般情況下，16目～80目粒度為常用粒度范圍，80目以上屬于細(xì)粒度范疇，不屬于本發(fā)明工藝范圍。磨料磨粒間距可根據(jù)加工條件以及磨粒粒度決定，一般磨粒間距范圍在0.3～4.5mm之間。

步驟二、根據(jù)超硬磨料參數(shù)，確定焊料用量，并確定焊料粒度；焊料用量可根據(jù)磨粒參數(shù)進(jìn)行匹配。一般情況下，為保證良好釬焊性能，焊后合金層平均厚度需要達(dá)到超硬磨料粒高30％～50％,如圖1所示：

由于超硬磨料與焊料處于均布狀態(tài)下，可看作各向均勻，因此，可將超硬磨料與所用焊料合金截面面積之比看作是超硬磨料體積與所用焊料合金體積之比。此外，由于焊料合金焊接后對(duì)超硬磨料有爬升、作用，導(dǎo)致焊料合金層非純平面鋪展，為計(jì)算簡(jiǎn)便，將上述模型優(yōu)化，則有如下等式：

則：

V＝(0.45～0.75)R²×(L-2R)

其中，V是焊料顆粒的體積，R是超硬磨料的平均粒半徑，L是磨粒間距由于合金焊料顆粒多為球狀，則，其球粒半徑R1可通過(guò)上式求得：

通過(guò)上式可得焊料顆粒的粒度。

步驟三、配制潤(rùn)濕劑，其作用是使得超硬磨料與焊料顆粒均勻混合，不因密度重量的不同而導(dǎo)致分層。此外，潤(rùn)濕劑的粘附力不易過(guò)大，且易揮發(fā)，能在100度以下?lián)]發(fā)，不影響焊接氣氛?？蛇x用的成分有酒精、甘油、油脂、或它們的混合物等，當(dāng)然不限于此類(lèi)化學(xué)物品，凡是能達(dá)到上述要求的成分均可以包含在此范圍內(nèi)。潤(rùn)濕劑的含量一般約占總體積的0.5～2.5％。將潤(rùn)濕劑與超硬磨料及合金焊料充分拌勻，一般需要1小時(shí)以上的不斷攪拌。

步驟四、在焊接區(qū)域刷涂一層粘結(jié)劑；

粘結(jié)劑的作用是將超硬磨料與合金焊料粘結(jié)固定于基體表面。且粘結(jié)劑能在500度以下溫度揮發(fā)，殘留物僅為碳化物，殘留成分比不高于3％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

步驟五、涂覆混合料。

將拌勻的混合料涂抹于焊接區(qū)，由于粘結(jié)劑的作用，混合料均被粘附于基體表面。但由于潤(rùn)濕劑的作用，混合料會(huì)出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，即基體表面為多層疊堆狀，此時(shí)可暫不清理，只需要保證混合料將焊接區(qū)域涂抹完全即可。

步驟六、單層化混合料；

涂抹后，利用低于100度的熱氣流烘干潤(rùn)濕劑，由于潤(rùn)濕劑揮發(fā)，粘附力消失，疊層的超硬磨料脫落。而被基體表面的粘結(jié)劑粘結(jié)的顆粒仍然被粘結(jié)，達(dá)到了單層的效果。即使某處仍然有粘結(jié)的多層磨料，由于粘結(jié)力很小，用毛刷等工具輕刷即可掃掉，不影響制備。由于超硬磨料與合金焊料已混合均勻，因此，超硬磨料的分布可以看作是均勻的。

當(dāng)然單層化混全料的方式有多種，不局限于上述方式。單層化混合料的操作方式可以是機(jī)械操作亦可以是手工操作。單層化方式包括振動(dòng)掉落、氣流吹落、直接接觸去除三種方式。

步驟七、對(duì)制備的工具進(jìn)行加熱釬焊，即可得到所制備的均布地貌的單層超硬磨料工具。釬焊后，焊料顆粒熔化爬升，超硬磨粒均勻分布，得到設(shè)計(jì)形貌。

下面通過(guò)3個(gè)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明一種實(shí)現(xiàn)均布地貌的單層超硬磨料工具制備工藝進(jìn)行具體闡述；

實(shí)施例一：

制備一種切割鑄件用的金剛石鋸片，金剛石鋸片規(guī)格：230mm×22.23mm×1.8mm×16T(外徑×內(nèi)孔×基體厚度×齒數(shù))；

步驟一：由于切割為鑄件，加工精度要求低，但要求切割效率高，切割壽命長(zhǎng)，因此選擇35目的高品級(jí)人造金剛石，磨粒間距1.0mm。

步驟二、確定焊料合金顆粒粒度。已知35目金剛石平均粒徑0.5mm，則將上述參數(shù)代入下式中，計(jì)算：

得R1＝0.39～0.46mm

通過(guò)上式可得焊料顆粒的粒度。

步驟三、配制潤(rùn)濕劑，潤(rùn)濕劑選用純酒精，占混合后總體積的0.5％。將潤(rùn)濕劑與金剛石及合金焊料充分拌勻，需要1小時(shí)不斷攪拌。

步驟四、在焊接區(qū)域刷涂一層粘結(jié)劑，粘結(jié)劑選用壓敏膠，能在500度以下溫度揮發(fā)，殘留物僅為碳化物，殘留成分3％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

步驟五、涂覆混合料。

將拌勻的混合料涂抹于焊接區(qū)，由于粘結(jié)劑的作用，混合料均被粘附于基體表面。但由于潤(rùn)濕劑的作用，混合料會(huì)出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，即基體表面為多層疊堆狀，此時(shí)可暫不清理，只需要保證混合料將焊接區(qū)域涂抹完全即可。

步驟六、單層化混合料；

涂抹后，利用低于100度的熱氣流烘干潤(rùn)濕劑，由于潤(rùn)濕劑揮發(fā)，粘附力消失，疊層的金剛石脫落。而被基體表面的粘結(jié)劑粘結(jié)的顆粒仍然被粘結(jié)，達(dá)到了單層的效果。即使某處仍然有粘結(jié)的多層磨料，由于粘結(jié)力很小，用毛刷等工具輕刷即可掃掉，不影響制備。由于金剛石與合金焊料已混合均勻，因此，超硬磨料的分布可以看作是均勻的。

步驟七、對(duì)制備的工具進(jìn)行真空加熱釬焊，加熱時(shí)真空度不低于0.01Pa。釬焊溫度1025度，保溫25分鐘。

由上述步驟即可得到所制備的釬焊金剛石鋸片，鋸片金剛石分布均勻致密，不聚集，可較好地應(yīng)用于切割鑄件材料。切割效率高，壽命長(zhǎng)，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

實(shí)施例二：

制備一種鉆削高硬陶瓷的金剛石孔鉆，金剛石孔鉆規(guī)格：10mm×65mm×3/8”六角柄(鉆頭直徑×總高×接柄規(guī)格)；

步驟一：由于為鉆削用孔鉆，加工材料為高硬陶瓷，鉆削排熱效果要求高，磨料密度需要高。因此選擇50目的高品級(jí)人造金剛石，磨粒間距0.6mm

步驟二、確定焊料合金顆粒粒度。已知50目金剛石平均粒徑0.3mm，則將上述參數(shù)代入下式中，計(jì)算：

得R1＝0.23～0.28mm

通過(guò)上式可得焊料顆粒的粒度。

步驟三、配制潤(rùn)濕劑，潤(rùn)濕劑選用純酒精，占混合后總體積的2.5％。將潤(rùn)濕劑與金剛石及合金焊料充分拌勻，需要2小時(shí)不斷攪拌。

步驟四、在焊接區(qū)域刷涂一層粘結(jié)劑，粘結(jié)劑選用壓敏膠，能在500度以下溫度揮發(fā)，殘留物僅為碳化物，殘留成分1％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

步驟五、涂覆混合料。

將拌勻的混合料涂抹于焊接區(qū)，由于粘結(jié)劑的作用，混合料均被粘附于基體表面。但由于潤(rùn)濕劑的作用，混合料會(huì)出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，即基體表面為多層疊堆狀，此時(shí)可暫不清理，只需要保證混合料將焊接區(qū)域涂抹完全即可。

步驟六、單層化混合料；

涂抹后，利用低于100度的熱氣流烘干潤(rùn)濕劑，由于潤(rùn)濕劑揮發(fā)，粘附力消失，疊層的金剛石脫落。而被基體表面的粘結(jié)劑粘結(jié)的顆粒仍然被粘結(jié)，達(dá)到了單層的效果。即使某處仍然有粘結(jié)的多層磨料，由于粘結(jié)力很小，用毛刷等工具輕刷即可掃掉，不影響制備。由于金剛石與合金焊料已混合均勻，因此，超硬磨料的分布可以看作是均勻的。

步驟七、對(duì)制備的工具進(jìn)行真空加熱釬焊，加熱時(shí)真空度不低于0.01Pa。釬焊溫度1020度，保溫20分鐘。

由上述步驟即可得到所制備的釬焊金剛石孔鉆，鋸片金剛石分布均勻致密，不聚集，可較好地應(yīng)用于鉆削陶瓷材料。鉆削效率與其它制備方式制備的金剛石孔鉆相同，壽命長(zhǎng)，制備成本低，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

實(shí)施例三：

制備一種打磨木材用合金碎粒磨盤(pán)，合金碎粒磨盤(pán)規(guī)格：120mm×22.23mm×2.0mm(外徑×內(nèi)孔×基體厚度)；

步驟一：由于打磨木材用，要求不能燒傷木材表面，而且要求切割效率高，切割壽命長(zhǎng)，因此選擇16目的高品級(jí)碳化鎢硬質(zhì)合金顆粒，磨粒間距4.5mm，焊料合金選用銅基焊料合金。

步驟二、確定焊料合金顆粒粒度。已知16目金剛石平均粒徑1.2mm，則將上述參數(shù)代入下式中，計(jì)算：

得R1＝0.61～0.72mm

通過(guò)上式可得焊料顆粒的粒度。

步驟三、配制潤(rùn)濕劑，潤(rùn)濕劑選用純酒精，占混合后總體積的2％。將潤(rùn)濕劑與金剛石及合金焊料充分拌勻，需要2小時(shí)不斷攪拌。

步驟四、在焊接區(qū)域刷涂一層粘結(jié)劑，粘結(jié)劑選用壓敏膠，能在500度以下溫度揮發(fā)，殘留物僅為碳化物，殘留成分3％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

步驟五、涂覆混合料。

將拌勻的混合料涂抹于焊接區(qū)，由于粘結(jié)劑的作用，混合料均被粘附于基體表面。但由于潤(rùn)濕劑的作用，混合料會(huì)出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，即基體表面為多層疊堆狀，此時(shí)可暫不清理，只需要保證混合料將焊接區(qū)域涂抹完全即可。

步驟六、單層化混合料；

涂抹后，利用低于100度的熱氣流烘干潤(rùn)濕劑，由于潤(rùn)濕劑揮發(fā)，粘附力消失，疊層的金剛石脫落。而被基體表面的粘結(jié)劑粘結(jié)的顆粒仍然被粘結(jié)，達(dá)到了單層的效果。即使某處仍然有粘結(jié)的多層磨料，由于粘結(jié)力很小，用毛刷等工具輕刷即可掃掉，不影響制備。由于金剛石與合金焊料已混合均勻，因此，超硬磨料的分布可以看作是均勻的。

步驟七、對(duì)制備的工具進(jìn)行真空加熱釬焊，加熱時(shí)真空度不低于0.2Pa。釬焊溫度920度，保溫18分鐘。

由上述步驟即可得到所制備的釬焊合金碎粒磨盤(pán)，合金碎粒分布均勻致密，不聚集，可較好地應(yīng)用于打磨木材。制備效率高，成本低，易于控制，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。