一種激光釬焊單層金剛石砂輪的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金剛石工具制作領(lǐng)域，尤其涉及釬焊單層金剛石工具的制造技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在加工硬脆材料方面多采用金剛石工具，其中釬焊單層金剛石工具具有磨粒把持強(qiáng)度高、磨料出露高、工具鋒利且磨料有效利用率高、壽命長等優(yōu)異特性，有著廣泛的應(yīng)用。此外，釬焊工藝對(duì)環(huán)境基本無污染，因此，釬焊金剛石工具被廣泛看作是電鍍工具的最佳換代產(chǎn)品。
[0003]釬焊多采用含有活性元素(如Cr、T1、V、W)的N1、Ag、Cu基合金化釬料，合金化釬料具有成分均勻、熔點(diǎn)較低等優(yōu)點(diǎn)，但釬焊單層金剛石工具多采用粉狀釬料，粉狀合金化釬料需要首先合金熔煉然后霧化，在制造過程中需要保護(hù)氣氛，因此不僅制作成本高，而且存在成分不易調(diào)控的缺點(diǎn)，金剛石工具的使用范圍較廣，不同的被加工材料和工況條件對(duì)工具性能有不同的要求，因此，釬焊金剛石工具對(duì)釬料的熔點(diǎn)、成分、耐磨性的要求與普通釬料存在差異，有其特殊性和多樣性。
[0004]NiCrBSi系釬料具有硬度高、耐磨性好等特點(diǎn)，是當(dāng)前釬焊單層金剛石工具行業(yè)應(yīng)用最廣泛的釬料。該釬料釬焊溫度較高，其中的Ni是一種促進(jìn)金剛石石墨化的元素，具有較高的強(qiáng)度和硬度，因此釬焊過程的高溫易導(dǎo)致金剛石石墨化，焊后金剛石殘余應(yīng)力較大，最終導(dǎo)致金剛石熱損傷較大。另外，該類工具在切割和磨削花崗巖、石材、陶瓷等硬脆材料時(shí)，NiCrBSi釬料磨損較慢，使得工具發(fā)生鈍化，即自銳性差，影響工作效率。而如果采用Cu基活性釬料進(jìn)行金剛石工具釬焊，可以減小金剛石熱損傷，、并且工具使用中磨粒易實(shí)時(shí)出露，但其強(qiáng)度有時(shí)偏低。由此可以看出，Ni基與Cu基釬料對(duì)釬焊金剛石具有較好的互補(bǔ)性，并且Cu與Ni元素可以無限互溶。
[0005]采用激光釬焊易于實(shí)現(xiàn)小批量、尺寸大的工具的生產(chǎn)，但金剛石在空氣中進(jìn)行釬焊時(shí)，由于氧的存在導(dǎo)致金剛石顆粒將發(fā)生嚴(yán)重石墨化，降低金剛石的機(jī)械性能，使金剛石工具壽命降低，甚至無法使用，因此激光釬焊多需要采用保護(hù)氣氛進(jìn)行保護(hù)，不僅增加了成本，而且降低了生產(chǎn)效率。另外，由于金剛石釬焊使用的釬料多含有活性元素Cr或Ti，因此在制備該類合金化的釬料過程中需要高的真空度，并且需要噴粉霧化，其成分也比較固定，對(duì)其成分調(diào)控不方便。
[0006]本發(fā)明采用按比例將多種合金化釬料進(jìn)行混合，大幅降低了釬料的成本，且成分調(diào)控方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明采用添加適量TiH2的多種粉狀合金化釬料相混合進(jìn)行激光釬焊，在激光的快速加熱過程中，TiH2經(jīng)過550?730 °C時(shí)，會(huì)及時(shí)分解出出以避免活性元素被氧化和金剛石的石墨化，而Ti元素可以增加釬料對(duì)金剛石的潤濕性。
[0008]為了降低釬焊溫度，減少金剛石的熱損傷，采用NiCrBS1、CuPSn、TiH2混合作為釬料，CuPSn的熔點(diǎn)只有650-700 °C，降低了釬料的熔點(diǎn)，NiCrBSi中的Cr作為活性元素能夠增強(qiáng)釬料對(duì)金剛石的潤濕性，少量TiH2在加熱過程中分解出兩個(gè)H原子結(jié)合生成H2氣后，體積會(huì)膨脹，因此能夠避免金剛石在空氣中石墨化和Cr的氧化。
[0009]本發(fā)明提供的一種新型釬焊單層金剛石砂輪的制作方法，包括以下步驟:
(I)采用機(jī)加工的方法制備所需要金剛石砂輪基體，并對(duì)基體除油除銹。
[0010](2)采用純度超過質(zhì)量比99.9%的附(:池3丨、0^311、1^2，其質(zhì)量百分比的組成為:NiCrBSi為15?25%; CuPSn為70?80%; TiH2為2~5%，按比例進(jìn)行混合制成復(fù)合釬料。其中NiCrBSi合金粉的質(zhì)量百分比組成為:C為0.6-1.2%，CrSl2-15%，B為2.5-4.5%，Si為3-4.5%，附為75~81%。其中(:1^511的質(zhì)量百分比組成為:？為5-6%，511為2-3%，(:11為91-93%。
[0011 ] (3)將復(fù)合釬料與壓敏膠以1:2.3-2.8的重量比例混合均勻制成釬料漿液。
[0012](4)涂覆:金剛石磨粒粒度為120?450μπι，釬料漿液均勻涂覆固定在砂輪鋼基體表面，涂覆的釬料漿液厚度為金剛石磨粒平均粒徑的95-125%。
[0013](5)按底層為金剛石砂輪金屬基體、中層為釬料漿液、上層為金剛石磨粒的順序制作工具成型毛坯。
[0014](6)采用激光加熱至釬料熔化，激光的功率為870?1030W，掃描速度為50?65mm/min，光斑面積為16?25mm2。釬焊溫度為980?1020°C，冷卻后金剛石磨料固定于砂輪基體表面即為成品。在加熱過程中需要采用氣罩將殘留的出及時(shí)抽走，氣罩功率為0.5-1.5kW。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
(I)本發(fā)明的工藝方法可以在空氣中實(shí)現(xiàn)金剛石的釬焊，免去了保護(hù)罩，因此不僅降低了成本，而且可以實(shí)現(xiàn)較大尺寸工具的快速制造。
[0016](2)本發(fā)明采用的Cu基釬料，活性元素為Cr，避免了釬料中大量Ni元素導(dǎo)致金剛石的石墨化，降低了金剛石的熱損傷，而且復(fù)合釬料的成分可以在一定范圍適當(dāng)調(diào)控，以適應(yīng)不同的加工要求。
【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例1
(I)采用機(jī)加工的方法制備所需要金剛石砂輪的基體，選擇65Mn鋼作為砂輪基體，并對(duì)基體除油除銹。
[0018](2)采用純度超過質(zhì)量比99.9%的附(:池3丨、0^311、1^2，其質(zhì)量百分比的組成為:NiCrBSi為20%; CuPSn為75%; TiH2為5%，按比例進(jìn)行混合制成復(fù)合釬料。其中NiCrBSi合金粉的質(zhì)量百分組成為:C為0.6-1.2%，CrSl2-15%，B為2.5-4.5%，Si為3-4.5%，Ni為75?81%。其中CuPSn的質(zhì)量百分組成為:P為5-6%，Sn為2_3%，Cu為91_93%。
[0019](3)將復(fù)合釬料與壓敏膠以1:2.5重量比例混合均勻制成釬料漿液。
[0020](4)涂覆:金剛石粒度為280?320μπι，釬料漿液均勻涂覆固定在砂輪鋼基體表面，涂覆的釬料漿液厚度為金剛石磨粒平均粒徑的100 %。
[0021](5)按底層為金剛石砂輪金屬基體、中層為釬料漿液、上層為金剛石磨粒的順序制作工具成型毛坯。
[0022](6)采用激光加熱至釬料熔化，激光的功率為1010W，掃描速度為55mm/min，光斑面積為20mm2。釬焊溫度1020°C，冷卻后金剛石磨料固定于砂輪基體表面即為成品。在加熱過