CN105618883A - 一种真空钎焊单层立方氮化硼砂轮的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于超硬材料工具制作领域，具体涉及真空钎焊单层立方氮化硼砂轮的制作方法。所述立方氮化硼磨粒具有高硬度、高热稳定性和良好的耐磨性，采用钎焊的方法可以实现磨粒与基体的高强度连接，而以添加Ti的高熵合金作为钎料用于钎焊立方氮化硼，可以实现高的连接强度，提高钎焊层的耐磨性和热稳定性，并且钎料由单质金属粉混合制成，成分容易控制。主要步骤为：采用机加工的方法制备单层立方氮化硼砂轮的基体；采用单质金属粉经球磨混合制得AlAgCuFeNiTi高熵合金，作为钎料；按基体、钎料和立方氮化硼磨粒布置磨粒；采用真空钎焊，冷却后即为钎焊单层立方氮化硼砂轮。
Description
技术领域
本发明属于超硬材料工具制作领域，尤其涉及钎焊单层立方氮化硼工具的制造技术。
背景技术
立方氮化硼（cBN）具有硬度高、耐磨性好、化学稳定性好、高温强度高的优点，因此立方氮化硼工具在加工强韧性材料方面具有寿命长、效率高的优点，工具的制作方法有电镀法、烧结法，其中电镀砂轮主要用于成型磨削，但电镀方法不利于环保，并且，电镀立方氮化硼砂轮在加工过程中磨粒易从工具表面脱落，造成加工效率和加工质量的降低，采用钎焊方法制作立方氮化硼砂轮，具有磨粒结合强度高、磨料出露高、工具寿命长等优异特性，并且利于环境保护，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。
钎焊多采用含有活性元素Ti的金属基钎料。立方氮化硼砂轮在磨削强韧性金属材料时，会受到较大的磨削力和较高的磨削温度，由于cBN磨料的耐热温度很高，所以钎料对磨粒的把持强度和高温性能会严重影响单层立方氮化硼砂轮的磨削性能。高熵合金通常由五个以上的元素组元按照等原子比或接近于等原子比合金化，其混合熵高于合金的熔化熵，一般形成高熵固溶体相，具有良好的综合力学性能。高熵合金由于拥有多种组元，通常可以形成稳定的固溶体，其中含有适量的Ti元素适合于钎焊立方氮化硼，可作为钎料用于制造钎焊单层立方氮化硼砂轮。
发明内容
本发明的目的是进一步提高cBN磨料的把持强度，使单层cBN砂轮适于对高韧性金属材料的高效加工。因cBN磨料的高温性能优异，可选择含Ti高熵合金作为钎料对cBN进行钎焊，该钎料含有一定的活性元素Ti，可以与cBN进行界面反应，促进钎料对cBN磨粒的润湿性，提高磨粒的把持强度，并且高熵合金具有良好的高温性能、强度和耐磨性，实现与cBN磨料的高温性能匹配。选择钢基体作为砂轮的基体，在真空炉中进行钎焊。由于高熵合金具有扩散速度慢，即使缓慢冷却通常也会形成单一固溶体，制作的砂轮具有磨料把持强度高、钎焊层耐磨性好的优点。
本发明提供了一种新型钎焊单层立方氮化硼砂轮的制作方法，包括以下步骤：
（1）砂轮基体的制作：砂轮基体的材料为45钢或65Mn钢，采用机加工的方法制备所需要单层立方氮化硼砂轮的砂轮基体，并对砂轮基体除油除锈；
（2）钎料的制备：采用单质金属粉质量纯度超过99.9%，按质量百分比，取6~8%的Al粉、14~16%的Ti粉、17~19%的Cu粉、14~16%的Fe粉、28~30%的Ag粉、10-19%Ni粉，在惰性气氛中球磨混合均匀，制得粒度范围在20-80微米的AlAgCuFeNiTi高熵合金，作为钎料。球磨的工艺参数为：采用在球磨机中进行球磨，使用Ar气气氛，磨球材料为玛瑙，金属粉与磨球比例为1:6-8，转速为260~320转每分，球磨24~30小时即可，得到钎料。
（3）砂轮布料：按10~25g/m2压敏胶涂在钢基体表面，将立方氮化硼磨粒均匀粘结在砂轮钢基体表面，将钎料撒在立方氮化硼和钢基体表面，去除未粘结的多余钎料，其中立方氮化硼粒度为120~450μm。
（4）采用真空炉中加热的方式加热至钎料熔化，其真空度为10-3~10-4Pa，钎焊温度为1120~1200℃，保温2~10min，冷却后立方氮化硼磨粒钎焊固定于砂轮基体表面，即为成品。
具体实施方式
实施例1
（1）砂轮基体的制作：砂轮基体的材料为45钢，采用机加工的方法制备所需要单层立方氮化硼砂轮的砂轮基体，并对砂轮基体除油除锈。
（2）钎料的制备：采用单质金属粉质量纯度超过99.9%，按质量百分比，取8%的Al粉、16%的Ti粉、19%的Cu粉、16%的Fe粉、30%的Ag粉、11%Ni粉，在惰性气氛中球磨混合均匀，制得粒度范围在20-80的微米AlAgCuFeNiTi高熵合金，作为钎料。球磨的工艺参数为：采用在球磨机中进行球磨，使用Ar气气氛，磨球材料为玛瑙，金属粉与磨球比例为1:6-8，转速为320转每分，球磨30小时即可，得到钎料。
（3）砂轮布料：按25g/m2压敏胶涂在钢基体表面，将立方氮化硼磨粒均匀粘结在砂轮钢基体表面，将钎料撒在立方氮化硼和钢基体表面，去除未粘结的多余钎料，其中的立方氮化硼粒度为300μm。
（4）采用真空炉中加热的方式加热至钎料熔化，其真空度在10-3~10-4Pa，钎焊温度1180℃，保温5min，冷却后立方氮化硼磨粒钎焊固定于砂轮基体表面即为成品。
结果表明，采用该钎料及钎焊工艺，钎料对cBN磨粒具有良好的润湿性，对cBN磨粒实现了化学冶金结合，而在钎焊层为高熵合金固溶体，具有较好的高温性能，制作的砂轮能够用于高效磨削加工高韧性金属材料。
实施例2
（1）砂轮基体的制作：砂轮基体的材料为45钢，采用机加工的方法制备所需要单层立方氮化硼砂轮的砂轮基体，并对砂轮基体除油除锈。
（2）钎料的制备：采用单质金属粉质量的纯度超过99.9%，按质量百分比，取7%的Al粉、16%的Ti粉、18%的Cu粉、14%的Fe粉、30%的Ag粉、15%的Ni粉，在惰性气氛中球磨混合均匀，制得粒度范围在20-80的微米AlAgCuFeNiTi高熵合金，作为钎料。球磨的工艺参数为：采用在球磨机中进行球磨，使用Ar气气氛，磨球材料为玛瑙，金属粉与磨球比例为1:7，转速为300转每分，球磨30小时即可，得到钎料。
（3）砂轮布料：按18g/m2压敏胶涂在钢基体表面，将立方氮化硼磨粒均匀粘结在砂轮钢基体表面，将钎料撒在立方氮化硼和钢基体表面，去除未粘结的多余钎料，其中的立方氮化硼粒度为240μm。
（4）采用真空炉中加热的方式加热至钎料熔化，其真空度在10-3~10-4Pa，钎焊温度1180℃，保温10min，冷却后立方氮化硼磨粒钎焊固定于砂轮基体表面即为成品。
结果表明，采用该钎料及钎焊工艺，该钎料对cBN磨粒具有良好的润湿性，对cBN磨粒实现了化学冶金结合，经断口分析，断裂发生在cBN中，充分说明钎料对cBN实现了高的连接强度，高熵合金的钎焊层为，具有较好的高温性能，制作的砂轮能够用于高效磨削加工高韧性金属材料。
实施例3
（1）砂轮基体的制作：砂轮基体的材料为65Mn钢，采用机加工的方法制备所需要单层立方氮化硼砂轮的砂轮基体，并对砂轮基体除油除锈。
（2）钎料的制备：采用单质金属粉质量的纯度超过99.9%，按质量百分比，取6%的Al粉、14%的Ti粉、19%的Cu粉、14%的Fe粉、28%的Ag粉、19%的Ni粉，在惰性气氛中球磨混合均匀，制得粒度范围在20-80的微米AlAgCuFeNiTi高熵合金，作为钎料。球磨的工艺参数为：采用在球磨机中进行球磨，使用Ar气气氛，磨球材料为玛瑙，金属粉与磨球比例为1:8，转速为260转每分，球磨30小时即可，得到钎料。
（3）砂轮布料：按20g/m2压敏胶涂在钢基体表面，将立方氮化硼磨粒均匀粘结在砂轮钢基体表面，将钎料撒在立方氮化硼和钢基体表面，去除未粘结的多余钎料，其中的立方氮化硼粒度为120μm。
（4）采用真空炉中加热的方式加热至钎料熔化，其真空度在10-3~10-4Pa，钎焊温度1120℃，保温2min，冷却后立方氮化硼磨粒钎焊固定于砂轮基体表面即为成品。
Claims (5)
1.一种真空钎焊单层立方氮化硼砂轮的制作方法，由立方氮化硼磨粒、钎料与砂轮基体在真空炉中实现钎焊而成，其特征在于，所述的制作方法包括以下步骤：
步骤一、砂轮基体的制作：采用机加工的方法制备所需要单层立方氮化硼砂轮的砂轮基体，并对砂轮基体除油除锈；
步骤二、钎料的制备：采用Al、Ti、Cu、Fe、Ag、Ni的单质金属粉混合而成，得到钎料；
步骤三、砂轮布料：按10~25g/m2压敏胶涂在砂轮基体表面，将立方氮化硼磨粒均匀粘结在砂轮基体表面，将钎料均匀撒在立方氮化硼和砂轮基体表面，去除未粘结的多余钎料；
步骤四、采用真空炉中加热的方式加热至钎料熔化后进行真空钎焊，冷却后立方氮化硼磨粒钎焊固定于砂轮基体表面即为成品。
2.根据权利要求1所述的真空钎焊单层立方氮化硼砂轮的制作方法，其特征在于：所述的钎料由纯度超过质量比99.9%，按质量百分比，取6~8%的Al粉、14~16%的Ti粉、17~19%的Cu粉、14~16%的Fe粉、28~30%的Ag粉、10-19%Ni粉，在惰性气氛中球磨混合均匀，制得粒度范围在20-80微米的AlAgCuFeNiTi高熵合金，作为钎料；球磨的工艺参数为：采用在球磨机中进行球磨，使用Ar气气氛，磨球材料为玛瑙，金属粉与磨球比例为1:6-8，转速为260~320转每分，球磨24~30小时即可，得到钎料。
3.根据权利要求1所述的真空钎焊单层立方氮化硼砂轮的制作方法，其特征在于：所述的立方氮化硼粒度为120~450μm。
4.根据权利要求1所述的真空钎焊单层立方氮化硼砂轮的制作方法，其特征在于：所述的真空钎焊，其真空炉中真空度为10-3~10-4Pa，钎焊温度为1120~1200℃，保温2~10min。
5.根据权利要求1所述的真空钎焊单层立方氮化硼砂轮的制作方法，其特征在于：所述的砂轮基体的材料为45钢或65Mn钢。
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