[发明专利]镍基钎料激光钎焊金刚石磨粒的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于高温钎焊技术领域，涉及对高温钎焊金刚石磨粒方法的改进。

背景技术

金刚石(Diamond)是碳(C)的单质，其晶体结构属等轴面心立方晶系，独特的晶体结构使金刚石具有自然界物质中最高的硬度、刚性以及优良的抗磨损、抗腐蚀性和化学稳定性。金刚石优异的物理机械特性决定了它是制作硬脆材料加工工具的理想原材料，广泛应用于硬质合金、工程陶瓷、光学玻璃、半导体材料、花岗岩等硬脆材料的钻头、锯切工具、磨具、各式各样的磨削工具及其它重要的超硬耐磨表面。

目前单层高温钎焊金刚石砂轮制作工艺主要依靠真空钎焊完成的，但真空钎焊在实际应用中却存在如下局限性：钎焊过程加热、冷却时间长；致使生产的周期变长，费时耗能，金刚石磨料长时间处于高温环境下会使磨粒表面出现不利产物，同时受炉腔尺寸限制，无法钎焊大型的工具，同时也难以实现在基体承受整体加热时其变形不易控制的工具制造。

采用能量密度高、升降温速度快的激光作为热源，可以局部加热，热影响区小，可钎焊几何形状复杂的工件，并且激光束可用光纤传输，因此可在常规方式不易钎焊的部位进行加工，灵活性好，同时金刚石在高温环境下暴露的时间很短，这就有效的控制了金刚石的石墨化。激光钎焊过程能够通过软件实行自动化流程的智能控制，从而实现高效的自动化、智能化激光钎焊，在大规模制造中生产效率高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光钎焊金刚石磨粒的方法，以解决真空钎焊中存在的钎焊周期长、钎焊工具尺寸受限等问题。本发明的技术方案是：一种镍基钎料激光钎焊金刚石磨粒的制造方法，基于CO2激光器、数控加工机床、气体保护装置组成的激光钎焊设备，其特征在于：

将加工好的45钢基体和无镀膜金刚石放入有机溶剂中进行超声波清洗，再依照45钢基体/镍基钎料/金刚石磨粒三层顺序制作待加工试样，然后将试样置入由CO2激光器、加工机床以及气体保护装置组成的钎焊设备上，在CO2激光作用下，镍基钎料受热熔化，与基体和金刚石发生化学冶金结合，实现镍基钎料激光钎焊金刚石磨粒。

激光器的功率调整为700-850W，激光扫描速度为20-45mm/min，激光光斑面积为15-21mm2。最佳的激光钎焊金刚石磨粒的参数为：激光器的功率780W，扫描速度30mm/min，激光光斑面积为18mm2。

镍基钎料与45钢基体中的元素在结合处相互扩散形成化学冶金结合；镍基钎料中的Cr元素在金刚石界面富集，并与金刚石中的C元素反应生成Cr3C2。

附图说明

图1是45钢基体加工成的节块试样图

图2是按45钢基体/镍基钎料/金刚石磨粒三层顺序制作的待加工试样图

具体实施方式

实施例：将45钢基体加工成如图1所示的节块试样；其待钎焊面用100#金相砂纸适当打磨，为消除各种不洁因素的影响，将金刚石磨粒和45钢基体分别放入有机溶剂中进行超声波清洗，钎焊前，依照45钢基体/镍基钎料/金刚石磨粒三层顺序，将40/50目无镀膜金刚石和镍基钎料预涂敷在45钢表面，经烘干后进行激光钎焊，如图2所示。

激光钎焊工艺参数：激光波长10.6μm，多模矩形光斑，面积18mm2，激光功率780W，扫描速度30mm/min。经理化分析后发现：激光钎焊后钎料层铺展均匀，镍基钎料对金刚石磨粒表现出良好的浸润性，钎焊后金刚石磨粒的晶形完整，棱角分明，无裂纹。

将焊后的金刚石磨粒，在强酸中浸蚀若干小时，通过SEM观察界面生成物形态。可以清楚地看到在金刚石表面上贴面生长着较为规则的扁条状生成物。经X射线衍射物相分析，可见在金刚石表面有Cr3C2生成，

对镍基钎料与45钢基体界面的元素分布进行分析，Ni、Cr、Si、Fe元素在界面处的浓度梯度均呈现缓慢的过渡趋势，这说明镍基钎料与45钢基体在界面处存在着明显的扩散现象，由此可以认为镍基合金钎料与钢基体之间形成了化学冶金结合。

将钎焊后的节块在花岗岩上进行重负荷磨削试验，结果表明金刚石磨粒为正常磨损，没有整颗金刚石脱落，说明基体对金刚石磨粒的把持强度很高。