[发明专利]用于立方氮化硼磨粒的无热损伤活性钎焊方法及所用钎焊材料

说明书

技术领域

本发明涉及用于立方氮化硼（CBN）磨粒的无热损伤活性钎焊方法及所用的材料，可用于制作单层钎焊CBN磨具，属于超硬磨粒工具制备技术领域。

背景技术

立方氮化硼（CBN）超硬磨料具有“三高一好”（硬度、热稳定性和化学惰性高、导热性好）的优点。与金刚石超硬磨具相比，由CBN磨粒制作的各型固结磨料磨具在钛合金、高温合金等高强韧性难加工材料磨削加工中具有更广阔的应用前景。但是，对于传统多层树脂、陶瓷和金属结合剂CBN磨具、以及单层电镀CBN磨具而言，由于磨粒与结合剂层之间仅仅依靠机械镶嵌作用结合，对CBN磨粒的把持力不足，导致重负荷磨削过程中磨粒极易过早脱落，磨具寿命和耐用度不理想，同时磨削效率（材料去除率）也受到限制。为了充分发挥CBN磨粒的超强耐磨性能，提出了单层钎焊CBN磨具的研究构想，期望通过CBN磨粒、活性钎料、磨具基体之间的化学结合实现磨具对磨粒的牢固把持，以此满足难加工材料高效重负荷磨削加工对磨具磨粒把持强度的高要求。此外，单层钎焊CBN磨具还能够避免树脂磨具结合剂材料耐热性差、强度低，陶瓷磨具结合剂容易局部脆性崩碎、甚至大块碎裂，而金属结合剂磨具虽强度高，但自锐性太差、修整极其困难等弊端，同时也能够满足超高速磨削对磨具旋转安全性的要求，可用于高速超高速磨削。

需要指出的是，普通单层钎焊CBN磨具通常选用Ag、Cu、Ti三种元素的重量百分比分别为68.4%、26.6%、5%的Ag-Cu-Ti合金钎料，需要加热到920℃、保温5min。虽然能够实现对CBN磨粒的牢固把持，但存在着无法克服的内在问题。也就是，由于CBN磨粒、Ag-Cu-Ti合金钎料之间存在显著的热膨胀系数差异，分别为4.55×10^-6K^-1、20×10^-6K^-1，导致焊后CBN磨粒内部存在较大的残余应力，进而产生磨粒热损伤，降低磨粒的强度与耐磨性，甚至于使CBN磨粒直接产生微裂纹。这种情况显著降低了单层钎焊CBN磨具的加工性能，包括工具寿命、磨削表面粗糙度、材料去除率等远低于预期值。

发明内容

本发明的目的是提供一种可用于立方氮化硼（CBN）磨粒的无热损伤活性钎焊方法，提高所制作的单层钎焊CBN磨具的工具寿命和材料去除率、以及加工质量。

本发明的另一个目的在于提供一种用于立方氮化硼磨粒的无热损伤活性钎焊材料。

为实现以上目的，本发明的技术方案如下：

用于立方氮化硼磨粒的无热损伤活性钎焊材料，其特征在于，由以下原料组成：Ag-Cu-Ti合金粉末92重量%-96重量%、TiC颗粒4重量%-8重量%。

Ag-Cu-Ti合金粉末Ag、Cu、Ti三种元素的重量百分比分别为66.2%、25.8%、8%；TiC颗粒的尺度为亚微米级（介于100nm-5μm）；

与现有技术所采用的材料相比较，Ag-Cu-Ti合金粉末，Ti的含量提高，功能在于增强在较低的最高加热温度（890-910℃）与CBN磨粒之间的化学反应能力；

其中，Ag-Cu-Ti合金起与CBN磨粒发生化学反应、实现对磨粒牢固把持的活性钎料作用。

本发明是利用TiC颗粒的热膨胀系数（6.52×10^-6K^-1）介于CBN磨粒的热膨胀系数(4.55×10^-6K^-1)与Ag-Cu-Ti合金的热膨胀系数(20×10^-6K^-1）的优势，通过向Ag-Cu-Ti合金粉末中加入亚微米级TiC颗粒制成复合钎料钎焊CBN磨粒，从而缓解CBN磨粒与Ag-Cu-Ti合金之间因热膨胀系数差异过大（即热膨胀系数失配）而导致的钎焊CBN内部残余应力过大、进而使磨粒热损伤的问题。

同时，与纳米尺度（小于100nm）和微米尺度（大于5μm）的TiC颗粒相比，本发明选用的亚微米尺度（100nm-5μm）TiC颗粒既避免了纳米尺度TiC颗粒容易聚团而影响对钎焊CBN磨粒的把持强度，又克服了微米尺度TiC颗粒易降低磨具结合剂层（钎料层）强度的弊端。

用于立方氮化硼（CBN）磨粒的无热损伤活性钎焊方法，其特征在于：

首先将Ag-Cu-Ti合金粉末与TiC粉末机械混合；

然后将混合粉末排布于磨具基体表面，粉末厚度为0.4~0.6mm；

然后将立方氮化硼（CBN）磨粒均匀排布于混合粉末之上，再将整个试样放入真空加热炉；