[发明专利]高频感应加热超声振动辅助单层金刚石钎焊砂轮制备方法

说明书

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结合强度高、磨料出露高、利于环境保护、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，钎焊工具表面的磨粒较易实现有序排布，大幅提高了工具效率。因此，钎焊金刚石工具被认为是电镀工具的最佳替代产品。

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，粉状合金化钎料的制备需要首先熔炼然后雾化，在制造过程中需要高的保护气氛，因此不仅制作成本高，而且存在成分不易调控的缺点。

Ni-Cr-B-Si系钎料具有硬度高、耐磨性好等特点，是当前超硬材料制品行业钎焊金刚石工具应用最广泛的钎料。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，最终导致金刚石较大的热损伤。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，Ni-Cr基钎料磨损较慢，使得工具发生钝化，即自锐性差，影响工作效率。因此如果采用Cu-Sn-Ti活性钎料进行钎焊具有金刚石热损伤小、制造的工具磨粒易实时出露的优点，但该钎料在对某些硬脆材料高效加工时耐磨性不足。金刚石磨粒钎焊时多采用粉状钎料，并且钎料中通常需要含有一定的活性元素，合金化钎料虽然熔点较低，但钎料的熔炼过程需要高的真空度，而后续还需要在惰性气氛或真空中雾化制作成粉状钎料，此外，合金化钎料存在Ti成分调控不方便的缺点。所以，如果采用单质粉不仅可以降低成本，而且成分调控方便。

超声波辅助钎焊可以实现单质金属粉在加热熔化后均匀混合，免去钎料冶炼合金化的复杂工艺，有利于金刚石的润湿。另外，超声波在液态钎料中传播时产生的声空化效能够破坏、去除金刚石表面的杂质和钢基体表面的氧化膜，还能冲刷固体表面，提高表面的清洁度，从而促进液态钎料与母材基体的润湿结合。

发明内容

本发明的目的是降低钎料制作成本，直接采用单质金属粉混合制成活性元素为Cr的Cu基钎料进行钎焊，具有金刚石热损伤小，与以Ti为活性元素的钎料相比，钎焊过程中真空度要求较低。

为了降低钎焊温度以减少金刚石的热损伤，采用Cu基钎料是方法之一，但通常Cu基钎料多采用Cu、Sn、Ti经高温熔炼再合金化雾化制成粉，具有制作成本高、钎焊真空度要求高的缺点，所以采用Cr作为活性元素，替代Ti元素，但由于Cr在Cu基钎料中的溶解度太低，当Cr含量较高时，钎料容易分层或形成假合金，又在钎料中添加适量的Ni元素，因为Cu、Ni无限互溶，并且Cr在Ni中的溶解度较高，从而增加Cr在钎料中的溶解度。同时，为降低钎料熔点，在Cu基钎料中添加适量的Sn。最终钎料的成分选择为Cu、Ni、Sn、Cr。为进一步降低钎料制作成本，本发明选择Cu、Ni、Sn、Cr单质金属粉作为钎料。

采用具有升温速度快、加热集中的高频感应加热对砂轮基体、钎料、金刚石进行加热，降低了基体在钎焊过程中的热变形量，缩短了金刚石砂轮的制作周期，为克服单质金属粉在高温熔化过程中成分不均匀的缺点，选择采用超声波辅助钎焊的方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种高频感应加热超声振动辅助单层金刚石钎焊砂轮的制备方法，包括以下步骤。

（1）采用机加工的方法制备所需要金刚石砂轮的基体，对砂轮基体除油除锈。

（2）采用纯度超过质量比99.9%的Cu、Ni、Cr、Sn单质金属粉，其重量百分比的组成：Cu60~80%；Sn5~15%；Cr1~10%；Ni5~15%，将其按重量比例进行混合制成钎料。

（3）将钎料与压敏胶以1∶2.3~2.8重量比例混合均匀制成钎料浆液。

（4）涂覆：金刚石磨粒的粒度为120~450微米，用刷子将钎料浆液均匀涂覆固定在砂轮钢基体表面，钎料浆液厚度为金刚石磨粒平均粒径的95-125％。

（5）以砂轮基体为底层、中层为钎料浆液、最上层为金刚石磨粒的顺序制作工具成型毛坯。