專利名稱：一種面向細粒度金剛石磨料單層釬焊工具的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及磨料磨具制造的技術領域，尤其是一種細粒度金剛石磨料單層釬焊工具制備方法。
背景技術：
近年來，隨著現(xiàn)代制造技術的發(fā)展，以磨料磨具為工具的磨削加工，已不僅僅應用于大余量重負荷的加工領域，而且不斷擴展到高硬脆性難加工材料的小余量精密超精密加工領域，譬如在功能陶瓷、光學玻璃、石英等高硬脆性難加工材料的精密加工。在高硬脆性難加工材料的超精密加工中，研磨、拋光一直作為首選的加工方法。研磨是利用涂敷或壓嵌有磨料粒度的研具對表面進行精整加工。拋光是利用機械、化學或電化學的作用，使工件表面粗糙度降低，以獲得光亮平整表面的加工方法，加工中主要使用游離態(tài)的磨料粒度。這類加工方法的弊端是加工效率極低，譬如天文儀器中所用光學玻璃的研拋加工時間可長達數(shù)月，甚至幾年，這樣的加工效率與成本需求都對現(xiàn)代制造業(yè)提出了更高的要求。磨削作為表面加工的典型加工方法，砂輪是其首選的加工工具，金剛石憑借其高硬度在磨削工具中得到了廣泛應用。磨具采用的磨料粒度是決定砂輪所能達到的加工精度的重要因素之一。磨削加工相對于研磨拋光而言，其加工過程中的磨削用量大得多，并且磨具加工性決定了最終加工質量。隨著對加工質量、加工效率要求的不斷提升，細粒度金剛石磨削工具的需求量也越來越大，因此國內外學者對金剛石工具制備進行了廣泛研究。上世紀九十年代，國外開始研制釬焊單層金剛石固結磨料工具，其出發(fā)點是藉高溫釬焊時在金剛石、釬料與基體界面上發(fā)生的諸如熔解、浸潤、擴散、化合之類的相互作用從根本上改善磨料、釬料和基體三者間的結合強度。國內外專家學者通過不懈的努力，研發(fā)出了多種單層金剛石釬焊工具，并在應用中取得了理想的效果。但是，就目前釬焊技術而言，單層釬焊金剛石砂輪磨料粒度僅集中于140#以粗(>104μπι)的金剛石磨料，所能達到的加工精度受到了限制。為了集結合強度高、磨粒出露高、工具表面容屑空間充裕、工具壽命長、綠色環(huán)保和加工精度高等諸優(yōu)勢為一體，勢必需要對細粒度金剛石單層釬焊工藝進行深入研究。通過對釬焊工藝的研究，制備具有磨粒均勻排布、高出露高度、高磨料把持力特點的單層金剛石釬焊工具，使得金剛石釬焊工具可以適應高硬脆性難加工材料的加工要求，實現(xiàn)高加工效率、高加工精度的精密磨削加工。因此，將金剛石釬焊砂輪應用于高硬脆性難加工材料的精密磨削加工，勢必大大提高磨削加工所能達到的加工質量，并壓縮研拋加工的耗時和成本，最終起到“以磨代研”的功效。以往由于磨料粒度較粗，易于控制單顆磨粒。隨著金剛石粒度不斷細化，控制磨粒位置成為難以解決的問題；粗粒度金剛石釬焊環(huán)境條件要求已十分苛刻，細粒度金剛石對于釬焊環(huán)境條件的要求還須進一步加深，才可穩(wěn)定釬焊效果，尋找經濟可靠的釬焊條件將決定工業(yè)化規(guī)模生產前景；熔融釬料對細粒度金剛石的潤濕性研究不透徹，導致在調控磨料出露、排布方式、避免磨粒團聚重疊等問題上的解決方法顯得捉襟見肘，諸多問題的解決都顯得刻不容緩。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種針對制備釬焊單層細粒度金剛石磨具的新工藝方法， 在細化釬焊工藝所能應對磨粒粒度的同時，賦予工具以均勻密集、等高分布、高出露的磨料排布形貌，從而可使以新方法制作的工具能同時擁有加工精度、加工效率和使用壽命的綜合性能優(yōu)勢。一種面向細粒度金剛石磨料的單層釬焊工具制備方法，其特征在于包括如下幾個步驟
第一步對基體的工作面進行打磨處理，在工作面上均勻鋪展一層合金釬料粉末層； 第二步在高溫真空的條件下，將上述第一步得到的帶有合金釬料粉末層的基體送入真空爐內進行第一次釬焊；
第三步對上述第二步釬焊后的表面進行打磨，形成釬料層； 第四步在釬料層的表面撒布一層細粒度金剛石磨料； 第五步送入真空爐中，在高溫真空的條件下進行第二次釬焊； 第六步經過第二次釬焊后，取出試樣即可得到細粒度金剛石均勻密集排布的單層釬焊工具制品。本發(fā)明的制備方法包括以下幾個環(huán)節(jié)
1、根據(jù)磨削工具期望加工性能調整磨料粒度、釬料用量、金剛石用量和釬焊工藝參數(shù)等，并以此進行細粒度金剛石單層釬焊試驗；
2、選擇磨粒濃度、磨粒間距、磨粒等高性、磨粒出露高度等特征要素作為考察目標，借助三維視頻顯微鏡、掃描電鏡等理化分析儀器對釬焊試樣進行檢測，提供特征要素的檢測數(shù)據(jù)；
3、針對所獲數(shù)據(jù)進行分析，判斷磨粒分布密度、等高性情況、出露高度是否符合要求， 以此對釬焊工藝調整優(yōu)化，重復試驗，直至試樣的特征要素數(shù)據(jù)接近期望效果為止；
4、經試驗方法確立金剛石磨料的高溫釬焊工藝。本發(fā)明在制備過程中主要需要滿足以下條件在真空爐內真空釬焊，真空爐的真空度<10’a;使用由銀、銅和鈦元素組成的專用活性釬料合金，其中活性元素鈦的含量在 8%左右，該自主研制的銀基活性釬料有效避免了釬焊金剛石的熱損傷，釬焊金剛石表面沒有出現(xiàn)石墨化與微裂紋；力學性能測試結果表明焊后金剛石基本上保持焊前的力學性能； 釬焊溫度介于920-950°C，保溫時間為6到30分鐘，最好為15分鐘。滿足以上條件下得到的制品磨料底端至基體表面的釬料層厚度控制在磨料高度的5-10% ；磨料出露高度超過了磨料本身高度的50%。本發(fā)明主要針對磨粒粒徑介于140/650#(21-104μπι)的細粒度金剛石磨料。在磨料種類、粒度、結合劑材料和結合強度已定的情況下，細粒度金剛石釬焊工具表面磨粒分布主要采用密布、均勻、單層排布。本發(fā)明的制備方法確保金剛石磨料排布形貌滿足均勻、密集、等高的排布規(guī)律。金剛石磨料均勻排布，確保釬焊試樣表面無明顯金剛石缺失或堆積； 金剛石磨料等高排布。


圖1為本發(fā)明面向細粒度金剛石磨料單層釬焊工具制備工藝方法的示意圖。
具體實施方法
一種面向細粒度金剛石磨料的單層釬焊工具制備方法，包括如下幾個步驟 第一步如圖1 (a)、圖1 (b)所示，對基體1的工作面進行打磨處理，在工作面上均勻鋪展一層合金釬料粉末層2 ；
第二步在高溫真空的條件下，將上述第一步得到的帶有合金釬料粉末層2的基體1送入真空爐內進行第一次釬焊；
第三步如圖1 (c)所示，對上述第二步釬焊后的表面進行打磨，形成釬料層3 ； 第四步如圖1 (d)所示，在釬料層3的表面撒布一層細粒度金剛石磨料4 ； 第五步送入真空爐中，在高溫真空的條件下進行第二次釬焊； 第六步如圖1 (e)所示，經過第二次釬焊后，取出試樣即可得到細粒度金剛石均勻密集排布的單層釬焊工具制品。本發(fā)明細粒度金剛石磨料4的磨粒粒徑介于140/650#。本發(fā)明高溫真空條件下真空爐的真空度為<10_2!^。本發(fā)明高溫真空條件下釬焊溫度為920_950°C。本發(fā)明高溫真空條件下加熱時間為6到30分鐘。本發(fā)明高溫真空條件下加熱時間為15分鐘。1、根據(jù)用戶對工具提出的使用要求和工具的加工對象以及加工用量的可選用范圍，設計工具外形尺寸、加工工藝參數(shù)等，并根據(jù)以上要素評估出金剛石磨料粒度、磨粒排布密度；
2、嚴格按照本發(fā)明的適用于細粒度金剛石單層高溫真空釬焊工藝，準備一定質量的釬料合金和金剛石磨料備用；
3、對工具工作面進行打磨處理，在磨削工具工作面上均勻鋪展一層一定質量的釬料層。按照一定的高溫真空釬焊工藝，將工具送入真空爐內進行第一次釬焊；
4、釬焊后對釬料層表面打磨，保證釬料層厚度均勻，表面平整；在釬料表面密集撒布一層金剛石磨料，去除多余堆積在釬料表面的金剛石磨料；
5、將制備的工具送入真空爐中，按照一定的高溫真空釬焊工藝進行第二次釬焊；釬焊后，取出試樣即可得到細粒度金剛石均勻密集排布的單層釬焊工具制品；
6、對釬焊效果進行評價，若需改進，可對金剛石與釬料的用量進行調整，重復以上操作以改善釬焊效果。直至符合要求后，即可按此組織工業(yè)化規(guī)模生產。
權利要求
1.一種面向細粒度金剛石磨料的單層釬焊工具制備方法，其特征在于包括如下幾個步驟第一步對基體(1)的工作面進行打磨處理，在工作面上均勻鋪展一層合金釬料粉末層⑵；第二步在高溫真空的條件下，將上述第一步得到的帶有合金釬料粉末層(2)的基體 (1)送入真空爐內進行第一次釬焊；第三步對上述第二步釬焊后的表面進行打磨，形成釬料層(3)； 第四步在釬料層(3)的表面撒布一層細粒度金剛石磨料(4)； 第五步送入真空爐中，在高溫真空的條件下進行第二次釬焊； 第六步經過第二次釬焊后，取出試樣即可得到細粒度金剛石均勻密集排布的單層釬焊工具制品。
2.根據(jù)權利要求1所述的面向細粒度金剛石磨料的單層釬焊工具制備方法，其特征在于上述細粒度金剛石磨料(4)的磨粒粒徑介于140—650#。
3.根據(jù)權利要求1所述的面向細粒度金剛石磨料的單層釬焊工具制備方法，其特征在于上述高溫真空條件下真空爐的真空度為<10’a。
4.根據(jù)權利要求1所述的面向細粒度金剛石磨料的單層釬焊工具制備方法，其特征在于上述高溫真空條件下釬焊溫度為920-950°C。
5.根據(jù)權利要求1所述的面向細粒度金剛石磨料的單層釬焊工具制備方法，其特征在于上述高溫真空條件下加熱時間為6到30分鐘。
6.根據(jù)權利要求5所述的面向細粒度金剛石磨料的單層釬焊工具制備方法，其特征在于上述高溫真空條件下加熱時間為15分鐘。
全文摘要
一種面向細粒度金剛石磨料單層釬焊工具的制備方法，涉及磨料磨具制造的技術領域。本發(fā)明首先對基體的工作面進行打磨處理，在工作面上均勻鋪展一層合金釬料粉末層；在高溫真空的條件下，將基體送入真空爐內進行第一次釬焊；對釬焊后的表面進行打磨，形成釬料層；在釬料層的表面撒布一層細粒度金剛石磨料；送入真空爐中，在高溫真空的條件下進行第二次釬焊；經過第二次釬焊后，取出試樣即可得到細粒度金剛石均勻密集排布的單層釬焊工具制品。本發(fā)明在細化釬焊工藝所能應對磨粒粒度的同時，賦予工具以均勻密集、等高分布、高出露的磨料排布形貌，從而可使以新方法制作的工具能同時擁有加工精度、加工效率和使用壽命的綜合性能優(yōu)勢。
文檔編號B23K1/008GK102513632SQ20111036657
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月18日 優(yōu)先權日2011年11月18日
發(fā)明者丁蘭英, 傅玉燦, 向孫祖, 徐九華, 陳燕 申請人:南京航空航天大學