[发明专利]一种真空钎焊立方氮化硼砂轮的方法

说明书

本发明公开了一种真空加热高熵合金钎焊单层立方氮化硼砂轮的制作方法，包括以下步骤：利用机械加工的方法制备立方氮化硼砂轮基体；采用Ni‑Cr‑B‑Si+Cu+Al+Ti+Co金属粉球磨混合制成的高熵合金粉末，作为钎焊立方氮化硼砂轮的钎料；将砂轮基体、压敏胶、钎料、立方氮化硼磨粒按顺序放置，制作工具成型毛坯；最后采用真空加热方式钎焊立方氮化硼砂轮。

技术领域

本发明属于超硬磨料工具制作领域，具体涉及一种新型钎料钎焊单层立方氮化硼砂轮的制作方法。

背景技术

随着科技的发展，大量高韧性金属材料、淬火钢的加工越来越多，因此对加工工具的提出了较高的要求，采用立方氮化硼的砂轮等进行磨削加工是非常重要的一类加工方法。立方氮化硼磨料因其具有高硬度、高耐磨性、高导热性、耐高温性能良好、对铁族金属呈惰性等优异的机械性能而被广泛应用于制作超硬磨料工具。目前，在立方氮化硼工具制作领域，钎焊技术可实现立方氮化硼、结合剂和金属基体界面间良好的化学冶金结合，被广泛应用于制作钎焊单层立方氮化硼砂轮。立方氮化硼工具对钎料具有很高的工艺要求：①为使钎料对立方氮化硼呈现良好的润湿性，钎料中应含有Ti、Al等合金元素，这些元素能够与立方氮化硼进行界面反应形成氮化物、硼化物，提高了钎料对立方氮化硼的润湿性；②钎料应具有适中的强度、硬度、耐磨性，可以实现立方氮化硼磨粒在磨削加工过程中的实时出露。③由于金属材料的加工会产生大量的磨削热，钎料应具有较高的高温性能。高熵合金是一种以多种组元为基的合金，其微观组织大多为固溶体，由于具有多种元素的固溶强化，其硬度、强度较高，而固溶体具有较高的韧性，在含有一定的活性元素后适于钎焊立方氮化硼。

本发明采用Ni-Cr-B-Si，Cu粉，Al粉，Ti粉、Co粉经球磨混合制成的高熵合金粉末作为钎料，钎料成分调控容易，成本低。该钎料在钎焊后表现出适中的硬度，可以使立方氮化硼在砂轮使用过程中始终保持良好的出露高度，有利于提高工具的使用寿命。该多主元高熵合金在钎焊后形成固溶体，并通过添加活性元素Al、Ti来提高钎料对立方氮化硼的润湿性，使得钎料、立方氮化硼、钢基体获得很强的结合力，钎料对立方氮化硼把持力高。Co、Cu、Ni等元素可以良好的互溶，并且通过调控其含量，能够改变钎焊温度、高温性能使其适于钎焊立方氮化硼，高熵合金的钎料层具有良好的韧性、塑性，较低钎焊残余应力，延长使用寿命。

发明内容

本发明的目的是在提高钎料对立方氮化硼磨料的把持强度的同时，钎料具有较好的韧性和强度，使单层立方氮化硼砂轮适于对高韧性材料和淬火钢等的高效加工。因立方氮化硼磨料的难以润湿，选择含Ti、Al的高熵合金作为钎料对立方氮化硼进行钎焊，该钎料含有一定的活性元素Ti、Al，不仅可以与立方氮化硼进行界面反应，两种活性元素与立方氮化硼反应能够形成TiN、TiB、AlN等化合物，这些反应能够促进钎料对立方氮化硼磨粒的润湿性，提高钎料对磨粒的把持强度，而且高熵合金由于多组元的协同扩散导致有效扩散速度较慢，能够使立方氮化硼与钎料的界面反应适中，本发明的高熵合金由于含有多种不同熔点的金属粉，能够在加热过程逐步实现合金化，最后达到高熵合金，具有硬度、耐磨性适中的特点。

1.一种真空加热钎焊单层立方氮化硼砂轮的制作方法，主要包括下述工艺步骤：

步骤一、利用机械加工的方法制备立方氮化硼砂轮基体，砂轮基体直径在 300mm~1000mm 之间。

步骤二、采用Ni-Cr-B-Si，Cu粉，Al粉，Ti粉、Co粉经球磨混合制成的高熵合金粉末作为钎焊立方氮化硼砂轮的钎料，其中Ni-Cr-B-Si预合金粉，Cu粉，Al粉，Ti粉，Co金属粉的重量百分比为：25~30：15~20：10~15：20~25：10~25；其中Ni-Cr-B-Si中各种元素质量比组成为：C为0.6~1.2%，Cr为12~15%，B为2.5~4.5%，Si为3-4.5%，Ni为75~81%。球磨混合是采用钢制球磨罐进行球磨混合，其中的磨球与金属粉质量比为3∶1，密封后打开真空阀抽真空20~30分钟，将球磨罐放入行星式球磨机，转速为260~300r/min，倒向频率 30~45Hz，进行球磨混料时间为60~80分钟。