[发明专利]一种激光钎焊单层金刚石砂轮的制作方法

说明书

本发明涉及一种钎焊单层金刚石工具的方法，属于超硬材料工具制作领域。采用NiCrBSi、CuPSn、TiH2混合作为钎料，其中的TiH2在激光的加热过程中实时分解出H2，避免了高温钎焊过程中金刚石石墨化，因此适宜在空气中用激光束进行钎焊，能够实现金刚石与钢基体的高强度连接，焊后在金刚石的表面形成了一薄层碳化物，Cu基钎料对金刚石的热损伤较小，可用于实现小批量、大尺寸金刚石工具的制作。多种合金化钎料进行混合，大幅降低了钎料的成本，且成分调控方便，使金刚石工具适应于不同工况和材料的加工要求。

技术领域

本发明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。

背景技术

目前，在加工硬脆材料方面多采用金刚石工具，其中钎焊单层金刚石工具具有磨粒把持强度高、磨料出露高、工具锋利且磨料有效利用率高、寿命长等优异特性，有着广泛的应用。此外，钎焊工艺对环境基本无污染，因此，钎焊金刚石工具被广泛看作是电镀工具的最佳换代产品。

钎焊多采用含有活性元素（如Cr、Ti、V、W）的Ni、Ag、Cu基合金化钎料，合金化钎料具有成分均匀、熔点较低等优点，但钎焊单层金刚石工具多采用粉状钎料，粉状合金化钎料需要首先合金熔炼然后雾化，在制造过程中需要保护气氛，因此不仅制作成本高，而且存在成分不易调控的缺点，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。

NiCrBSi系钎料具有硬度高、耐磨性好等特点，是当前钎焊单层金刚石工具行业应用最广泛的钎料。该钎料钎焊温度较高，其中的Ni是一种促进金刚石石墨化的元素，具有较高的强度和硬度，因此钎焊过程的高温易导致金刚石石墨化，焊后金刚石残余应力较大，最终导致金刚石热损伤较大。另外，该类工具在切割和磨削花岗岩、石材、陶瓷等硬脆材料时，NiCrBSi钎料磨损较慢，使得工具发生钝化，即自锐性差，影响工作效率。而如果采用Cu基活性钎料进行金刚石工具钎焊，可以减小金刚石热损伤，、并且工具使用中磨粒易实时出露，但其强度有时偏低。由此可以看出，Ni基与Cu基钎料对钎焊金刚石具有较好的互补性，并且Cu与Ni元素可以无限互溶。

采用激光钎焊易于实现小批量、尺寸大的工具的生产，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将发生严重石墨化，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，不仅增加了成本，而且降低了生产效率。另外，由于金刚石钎焊使用的钎料多含有活性元素Cr或Ti，因此在制备该类合金化的钎料过程中需要高的真空度，并且需要喷粉雾化，其成分也比较固定，对其成分调控不方便。

本发明采用按比例将多种合金化钎料进行混合，大幅降低了钎料的成本，且成分调控方便。

发明内容

本发明采用添加适量TiH2的多种粉状合金化钎料相混合进行激光钎焊，在激光的快速加热过程中，TiH2经过550~730℃时，会及时分解出H2以避免活性元素被氧化和金刚石的石墨化，而Ti元素可以增加钎料对金刚石的润湿性。

为了降低钎焊温度，减少金刚石的热损伤，采用NiCrBSi、CuPSn、TiH2混合作为钎料，CuPSn的熔点只有650-700℃，降低了钎料的熔点，NiCrBSi中的Cr作为活性元素能够增强钎料对金刚石的润湿性，少量TiH2在加热过程中分解出两个H原子结合生成H2气后，体积会膨胀，因此能够避免金刚石在空气中石墨化和Cr的氧化。

本发明提供的一种新型钎焊单层金刚石砂轮的制作方法，包括以下步骤：