CN103395009B - 一种陶瓷空心球多层钎焊金刚石节块及其制作方法 - Google Patents

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一种陶瓷空心球多层钎焊金刚石节块，其特征在于，由以下原料按照质量百分比含量制备而成：12%-20%的金刚石磨粒，2-4%的镀镍石墨颗粒，7-20%的陶瓷空心球，余量为含Cr的镍基合金，含Cr的镍基合金的熔点低于1000℃。本发明的有益效果：首先，与传统烧结金刚石工具相比，由于采用了活性钎料Ni-Cr-Cu-B-Si或Ni-Cr-P钎焊的方法，在金刚石界面处形成Cr的碳化物，其把持强度大幅提高，其次加入镀镍的陶瓷空心球，镀镍使得陶瓷空心球与钎料之间也形成化学冶金结合，不仅满足了砂轮对气孔率的要求，而且气孔为球形。另外，陶瓷空心球的加入，使得节块有一定的脆性，有利于节块的自锐性。添加的石墨可以增加润滑性和降低金刚石的热损伤，在Ni-Cr-B-Si中添加Cu有利于降低金刚石的热损伤。

Description

一种陶瓷空心球多层钎焊金刚石节块及其制作方法
技术领域
本发明属于超硬磨料工具制造领域，涉及一种陶瓷空心球多层钎焊金刚石节块的制造技术。
背景技术
随着科技的发展，陶瓷、硅材料、光学玻璃等硬脆材料的初加工、高效高精度加工越来越多，上述材料的切割、磨削常采用金刚石工具。目前，金刚石工具主要是通过烧结、电镀等工艺制造，但烧结、电镀金刚石工具由于金刚石磨粒把持强度较低，常出现磨粒脱落的现象。近年来，国内外采用Ni-Cr-B-Si、Ag-Cu-Ti钎料钎焊技术使金刚石与金属基体通过扩散、溶解、化合反应等提高两者的连接强度，钎焊单层金刚石工具具有磨料硬度高、把持强度高、磨料出露高、加工效率高等优点，因此钎焊金刚石工具在一定程度上解决了电镀金刚石工具的缺点，但钎焊金刚石工具只有单层磨料，因此其使用寿命受到一定得限制。另外，钎焊过程常导致金刚石较大的热损伤。
传统烧结金属结合剂超硬材料砂轮虽然是多层超硬材料制品，大都为密实型的，砂轮中磨粒出刃难，因此常采用对胎体进行弱化的办法来提高出刃率，但导致磨粒把持强度的下降，容易脱落。另外，在使用之初和磨损后常常造成工具的整形和修锐困难。采用Ni-Cr-B-Si合金制造多层钎焊金刚石砂轮，虽有利于提高金刚石的把持强度，但Ni-Cr-B-Si合金的高强度、高硬度，使其出刃更加困难。国内外尝试开发多孔金属结合剂砂轮，使用的造孔剂主要有无机化合物、可溶性盐类，如尿素、碳酸氢铵、氯化钠、碳酸钠等，其中碳酸氢铵、尿素等通过在热压烧结过程中气体的挥发而产生孔隙，以防止产生的空隙被压缩，难以提高砂轮的强度；而氯化钠等可溶性盐类物质作造孔剂时，其制备的砂轮制品容易吸水影响质量。此种砂轮将多孔结合剂的孔隙结构引入到金属结合剂中去，通过对这种多孔金属结合剂砂轮制造工艺、孔隙控制研究发现，大大改善了传统金属结合剂磨粒不易出刃、修整困难的弊端，降低了砂轮磨削加工中的堵塞现象。但由于砂轮中的孔隙结构降低了金属结合剂对磨粒的把持强度，节块本身的强度也下降，造成磨粒在加工中易脱落失效，有效寿命降低。
发明内容
本发明所要解决技术问题是，在Ni-Cr-B-Si合金钎焊金刚石实现金刚石高把持强度基础上，将陶瓷空心球引入多层钎焊金刚石工具中，实现金刚石出刃高、较大的容屑空间、较高的把持强度；但Ni-Cr-B-Si合金对陶瓷空心球来讲，其润湿性较差，采取对陶瓷空心球进行化学镀镍，表面金属化后，再进行多层钎焊的办法制作而成的陶瓷空心球多层钎焊金刚石节块。另外，首先考虑到Cu与Ni元素在液态无限互溶，其次对于金刚石为非触媒元素，最后Cu的塑性较好，因此在Ni-Cr-B-Si中添加3-6%（wt）Cu，有利于降低金刚石的热损伤。添加一定量的石墨可以降低金刚石的热损伤和增加润滑性。
为了解决上述问题采用以下技术方案：一种陶瓷空心球多层钎焊金刚石节块，其特征在于，由以下原料按照质量百分比含量制备而成：12%-20%的金刚石磨粒，2-4%的镀镍石墨颗粒，7-20%的陶瓷空心球，余量为含Cr的镍基合金，含Cr的镍基合金的熔点低于1000℃。
所述的金刚石磨粒粒径为100-300μm；镀镍石墨颗粒粒径为30-50μm；陶瓷空心球为氧化铝或氧化锆颗粒，粒径为100-120μm；含Cr的镍基合金为Ni-Cr-Cu-B-Si或Ni-Cr-P，粒径为20-50μm。
所述的陶瓷空心球表面化学镀镍，镍层厚度为20~80μm。
所述的含Cr的镍基合金中Cr含量>12wt%。
制作方法如下：
（1）将陶瓷空心球化学镀镍作为造孔材料，与金刚石磨粒、含Cr的镍基合金、镀镍石墨颗粒进行机械混合，添加聚乙烯醇，并压制成节块；
（2）将上述节块在加热温度900-1060℃、保温时间10-30min，在真空度为10-2Pa的真空炉内进行加热高温液相钎焊，促使金刚石磨粒、镀镍石墨颗粒、陶瓷空心球与含Cr的镍基合金之间分别发生化学冶金结合，制作具有高气孔率与高强度特性的陶瓷空心球多层钎焊金刚石砂轮。
本发明的有益效果：首先，与传统烧结金刚石工具相比，由于采用了活性钎料Ni-Cr-Cu-B-Si或Ni-Cr-P钎焊的方法，在金刚石界面处形成Cr的碳化物，其把持强度大幅提高，其次加入镀镍的陶瓷空心球，镀镍使得陶瓷空心球与钎料之间也形成化学冶金结合，不仅满足了砂轮对气孔率的要求，而且气孔为球形。另外，陶瓷空心球的加入，使得节块有一定的脆性，有利于节块的自锐性。添加的石墨可以增加润滑性和降低金刚石的热损伤，在Ni-Cr-B-Si中添加Cu有利于降低金刚石的热损伤。
具体实施方式
实施例1：一种陶瓷空心球多层钎焊金刚石节块，由以下原料按照质量百分比含量制备而成：选用18%金刚石磨粒，粒径大约为260-350μm；2.5%的镀镍石墨颗粒，其粒径为30-50μm；10%的氧化铝陶瓷空心球，直径为100-120μm，表面化学镀镍，厚50μm；余量为Ni-Cr-Cu-B-Si合金粉末，其组分的含量为：1.6%B，3.2%Si，16%Cr，4%Cu，余量为Ni。将上述粉末混合均匀，然后将所述混合粉末添加5%（wt）的聚乙烯醇，按一定质量装填在模具中冷压成形，粉末成形压力为15-20MPa，保压3min，节块尺寸根据砂轮的要求确定尺寸。
将上述节块放入真空度为10-2Pa的真空炉内进行加热高温液相钎焊，在1050℃保温时间10min，然后随炉冷却，至100℃以下取出，在钎焊过程中金刚石磨粒、石墨颗粒、氧化铝陶瓷空心球颗粒与Ni-Cr-Cu-B-Si钎料之间分别发生化学冶金结合，制作具有高气孔率与高强度特性的陶瓷空心球多层钎焊金刚石节块。
实施例2：一种陶瓷空心球多层钎焊金刚石节块，由以下原料按照质量百分比含量制备而成：选用15%金刚石磨粒，粒径大约为200-360μm，3%的镀镍石墨颗粒，其粒径为30-50μm，15%的氧化铝陶瓷空心球，直径为100-120μm，表面化学镀镍，厚50μm；余量为Ni-Cr-Cu-B-Si合金，其组分的含量为：3.6%B，4.2%Si，16%Cr，3%Cu，余量为Ni。将上述粉末混合均匀，然后将所述混合粉末添加3%（wt）的聚乙烯醇，按一定质量装填在模具中冷压成形，粉末成形压力为20-25MPa，保压3min，节块尺寸根据砂轮的要求确定尺寸。
将上述节块放入真空度为10-2Pa的真空炉内进行加热高温液相钎焊，在1050℃保温8min，然后随炉冷却，至100℃以下取出，在保温阶段金刚石磨粒、石墨颗粒、氧化铝陶瓷空心球颗粒与Ni-Cr-Cu-B-Si钎料之间分别发生化学冶金结合，制作具有高气孔率与高强度特性的陶瓷空心球多层钎焊金刚石节块。
实施例3：一种陶瓷空心球多层钎焊金刚石节块，由以下原料按照质量百分比含量制备而成：选用16%金刚石磨粒，粒径大约为200-320μm，3.5%的镀镍石墨颗粒，其粒径为30-50μm，17%的氧化铝陶瓷空心球，直径为100-120μm，表面化学镀镍，厚45μm；余量为Ni-Cr-P合金，其组分的含量为：15（wt）%Cr， 10（wt）%P， 0.01（wt）%B，余量为Ni。将上述粉末混合均匀，然后将所述混合粉末按一定质量装填在模具中冷压成形，粉末成形压力为25-30MPa，保压3min，节块尺寸根据砂轮的要求确定尺寸。
将上述节块在温度980℃保温10min，在真空度为10-2Pa的真空炉内进行加热高温液相钎焊，然后随炉冷却，至100℃以下取出，高温钎焊促使金刚石磨粒、石墨颗粒、氧化铝陶瓷空心球颗粒与Ni-Cr-P钎料之间分别发生化学冶金结合，制作具有高气孔率与高强度特性的陶瓷空心球多层钎焊金刚石节块。
实施例4：一种陶瓷空心球多层钎焊金刚石节块，由以下原料按照质量百分比含量制备而成：12%-20%的金刚石磨粒，2-4%的镀镍石墨颗粒，7-20%的陶瓷空心球，余量为含Cr的镍基合金。其熔点低于1000℃。
实施例5：一种陶瓷空心球多层钎焊金刚石节块，由以下原料按照质量百分比含量制备而成：12%-20%的金刚石磨粒，2-4%的镀镍石墨颗粒，7-20%的陶瓷空心球，余量为含Cr的镍基合金。其熔点低于1000℃。
其中，金刚石磨粒粒径为100-300μm；镀镍石墨颗粒粒径为30-50μm；陶瓷空心球为氧化铝或氧化锆颗粒，粒径为100-120μm，陶瓷空心球表面化学镀镍，厚20~80μm；含Cr的镍基合金为Ni-Cr-Cu-B-Si或Ni-Cr-P，粒径为20-50μm，Cr含量>12wt%。
实施例6：一种陶瓷空心球多层钎焊金刚石节块的制作方法，（1）将陶瓷空心球化学镀镍作为造孔材料，与金刚石磨粒、含Cr的镍基合金、镀镍石墨颗粒进行机械混合，添加2%（wt）聚乙烯醇，所述的2%为混合粉末总质量的2%。并压制成节块；
（2）将上述节块在加热温度900-1060℃、保温时间10-30min，在真空度为10-2Pa的真空炉内进行加热高温液相钎焊，促使金刚石磨粒、镀镍石墨颗粒、陶瓷空心球与含Cr的镍基合金之间分别发生化学冶金结合，制作具有高气孔率与高强度特性的陶瓷空心球多层钎焊金刚石砂轮。
其他同实施例5。

Claims (1)

1.一种陶瓷空心球多层钎焊金刚石节块，其特征在于，由以下原料按照质量百分比含量制备而成：12%-20% 的金刚石磨粒，2-4% 的镀镍石墨颗粒，7-20% 的陶瓷空心球，余量为含Cr 的镍基合金，含Cr 的镍基合金的熔点低于1000℃；
其中，的金刚石磨粒粒径为100-300μm ；镀镍石墨颗粒粒径为30-50μm ；陶瓷空心球为氧化铝或氧化锆颗粒，粒径为100-120μm ；含Cr 的镍基合金为Ni-Cr-Cu-B-Si 或Ni-Cr-P，粒径为20-50μm。
2. 根据权利要求1所述的陶瓷空心球多层钎焊金刚石节块，其特征在于：所述的陶瓷空心球表面化学镀镍，镍层厚度为20~80μm。
3. 根据权利要求1所述的陶瓷空心球多层钎焊金刚石节块，其特征在于：所述的含Cr 的镍基合金中Cr 含量>12wt%。
4. 一种陶瓷空心球多层钎焊金刚石节块制作方法，其特征在于：（1）将陶瓷空心球化学镀镍作为造孔材料，与金刚石磨粒、含Cr 的镍基合金、镀镍石墨颗粒进行机械混合，添加聚乙烯醇，并压制成节块；
（2）将上述节块在加热温度900-1060℃、保温时间10-30min，在真空度为10-2Pa 的真空炉内进行加热高温液相钎焊，促使金刚石磨粒、镀镍石墨颗粒、陶瓷空心球与含Cr 的镍基合金之间分别发生化学冶金结合，制作具有高气孔率与高强度特性的陶瓷空心球多层钎焊金刚石砂轮。
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