一種真空釬焊單層立方氮化硼砂輪的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超硬材料工具制作領(lǐng)域，尤其涉及釬焊單層立方氮化硼工具的制造技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]立方氮化硼(cBN)具有硬度高、耐磨性好、化學(xué)穩(wěn)定性好、高溫強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，因此立方氮化硼工具在加工強(qiáng)韌性材料方面具有壽命長、效率高的優(yōu)點(diǎn)，工具的制作方法有電鍍法、燒結(jié)法，其中電鍍砂輪主要用于成型磨削，但電鍍方法不利于環(huán)保，并且，電鍍立方氮化硼砂輪在加工過程中磨粒易從工具表面脫落，造成加工效率和加工質(zhì)量的降低，采用釬焊方法制作立方氮化硼砂輪，具有磨粒結(jié)合強(qiáng)度高、磨料出露高、工具壽命長等優(yōu)異特性，并且利于環(huán)境保護(hù)，有著廣泛的應(yīng)用。此外，釬焊工具表面的磨粒較易實(shí)現(xiàn)有序排布，大幅提高了工具效率。
[0003]釬焊多采用含有活性元素Ti的金屬基釬料。立方氮化硼砂輪在磨削強(qiáng)韌性金屬材料時(shí)，會(huì)受到較大的磨削力和較高的磨削溫度，由于cBN磨料的耐熱溫度很高，所以釬料對磨粒的把持強(qiáng)度和高溫性能會(huì)嚴(yán)重影響單層立方氮化硼砂輪的磨削性能。高熵合金通常由五個(gè)以上的元素組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，一般形成高熵固溶體相，具有良好的綜合力學(xué)性能。高熵合金由于擁有多種組元，通?？梢孕纬煞€(wěn)定的固溶體，其中含有適量的Ti元素適合于釬焊立方氮化硼，可作為釬料用于制造釬焊單層立方氮化硼砂輪。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是進(jìn)一步提高cBN磨料的把持強(qiáng)度，使單層cBN砂輪適于對高韌性金屬材料的高效加工。因cBN磨料的高溫性能優(yōu)異，可選擇含Ti高熵合金作為釬料對cBN進(jìn)行釬焊，該釬料含有一定的活性元素Ti，可以與cBN進(jìn)行界面反應(yīng)，促進(jìn)釬料對cBN磨粒的潤濕性，提高磨粒的把持強(qiáng)度，并且高熵合金具有良好的高溫性能、強(qiáng)度和耐磨性，實(shí)現(xiàn)與cBN磨料的高溫性能匹配。選擇鋼基體作為砂輪的基體，在真空爐中進(jìn)行釬焊。由于高熵合金具有擴(kuò)散速度慢，即使緩慢冷卻通常也會(huì)形成單一固溶體，制作的砂輪具有磨料把持強(qiáng)度高、釬焊層耐磨性好的優(yōu)點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明提供了一種新型釬焊單層立方氮化硼砂輪的制作方法，包括以下步驟:
(1)砂輪基體的制作:砂輪基體的材料為45鋼或65Mn鋼，采用機(jī)加工的方法制備所需要單層立方氮化硼砂輪的砂輪基體，并對砂輪基體除油除銹；
(2)釬料的制備:采用單質(zhì)金屬粉質(zhì)量純度超過99.9%，按質(zhì)量百分比，取6~8%的Al粉、14?16%的T i粉、17?19%的Cu粉、14~ 16%的Fe粉、28?30%的Ag粉、I O-19%Ni粉，在惰性氣氛中球磨混合均勻，制得粒度范圍在20-80微米的AlAgCuFeNiTi高熵合金，作為釬料。球磨的工藝參數(shù)為:采用在球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，使用Ar氣氣氛，磨球材料為瑪瑙，金屬粉與磨球比例為1:6-8，轉(zhuǎn)速為260~320轉(zhuǎn)每分，球磨24?30小時(shí)即可，得到釬料。
[0006](3)砂輪布料:按10?25g/m2壓敏膠涂在鋼基體表面，將立方氮化硼磨粒均勻粘結(jié)在砂輪鋼基體表面，將釬料撒在立方氮化硼和鋼基體表面，去除未粘結(jié)的多余釬料，其中立方氮化硼粒度為120?450μηι。
[0007](4)采用真空爐中加熱的方式加熱至釬料熔化，其真空度為10—3?10—4Pa，釬焊溫度為1120?1200°C，保溫2?lOmin，冷卻后立方氮化硼磨粒釬焊固定于砂輪基體表面，即為成品O
【具體實(shí)施方式】
[0008]實(shí)施例1
(I)砂輪基體的制作:砂輪基體的材料為45鋼，采用機(jī)加工的方法制備所需要單層立方氮化硼砂輪的砂輪基體，并對砂輪基體除油除銹。
[0009](2)釬料的制備:采用單質(zhì)金屬粉質(zhì)量純度超過99.9%，按質(zhì)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、I l%Ni粉，在惰性氣氛中球磨混合均勻，制得粒度范圍在20-80的微米AlAgCuFeNiTi高熵合金，作為釬料。球磨的工藝參數(shù)為:采用在球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，使用Ar氣氣氛，磨球材料為瑪瑙，金屬粉與磨球比例為I: 6-8，轉(zhuǎn)速為320轉(zhuǎn)每分，球磨30小時(shí)即可，得到釬料。
[0010](3)砂輪布料:按25g/m2壓敏膠涂在鋼基體表面，將立方氮化硼磨粒均勻粘結(jié)在砂輪鋼基體表面，將釬料撒在立方氮化硼和鋼基體表面，去除未粘結(jié)的多余釬料，其中的立方氮化硼粒度為300μηι。
[0011](4)采用真空爐中加熱的方式加熱至釬料熔化，其真空度在10—3?10—4Pa，釬焊溫度1180°C，保溫5min，冷卻后立方氮化硼磨粒釬焊固定于砂輪基體表面即為成品。
[0012]結(jié)果表明，采用該釬料及釬焊工藝，釬料對cBN磨粒具有良好的潤濕性，對cBN磨粒實(shí)現(xiàn)了化學(xué)冶金結(jié)合，而在釬焊層為高熵合金固溶體，具有較好的高溫性能，制作的砂輪能夠用于高效磨削加工高韌性金屬材料。
[0013]實(shí)施例2
(I)砂輪基體的制作:砂輪基體的材料為45鋼，采用機(jī)加工的方法制備所需要單層立方氮化硼砂輪的砂輪基體，并對砂輪基體除油除銹。
[0014](2)釬料的制備:采用單質(zhì)金屬粉質(zhì)量的純度超過99.9%，按質(zhì)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，在惰性氣氛中球磨混合均勻，制得粒度范圍在20-80的微米AlAgCuFeNiTi高熵合金，作為釬料。球磨的工藝參數(shù)為:采用在球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，使用Ar氣氣氛，磨球材料為瑪瑙，金屬粉與磨球比例為1:7，轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)每分，球磨30小時(shí)即可，得到釬料。
[0015](3)砂輪布料:按18g/m2壓敏膠涂在鋼基體表面，將立方氮化硼磨粒均勻粘結(jié)在砂輪鋼基體表面，將釬料撒在立方氮化硼和鋼基體表面，去除未粘結(jié)的多余釬料，其中的立方氮化硼粒度為240μηι。
[0016](4)采用真空爐中加熱的方式加熱至釬料熔化，其真空度在10—3?10—4Pa，釬焊溫度1180°C，保溫lOmin，冷卻后立方氮化硼磨粒釬焊固定于砂輪基體表面即為成品。
[0017]結(jié)果表明，采用該釬料及釬焊工藝，該釬料對cBN磨粒具有良好的潤濕性，對cBN磨粒實(shí)現(xiàn)了化學(xué)冶金結(jié)合，經(jīng)斷口分析，斷裂發(fā)生在cBN中，充分說明釬料對cBN實(shí)現(xiàn)了高的連接強(qiáng)度，高熵合金的釬焊層為，具有較好的高溫性能，制作的砂輪能夠用于高效磨削加工高韌性金屬材料。
[0018]實(shí)施例3
(I)砂輪基體的制作:砂輪基體的材料為65Mn鋼，采用機(jī)加工的方法制備所需要單層立方氮化硼砂輪的砂輪基體，并對砂輪基體除油除銹。
[0019](2)釬料的制備:采用單質(zhì)金屬粉質(zhì)量的純度超過99.9%，按質(zhì)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，在惰性氣氛中球磨混合均勻，制得粒度范圍在20-80的微米AlAgCuFeNiTi高熵合金，作為釬料。球磨的工藝參數(shù)為:采用在球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，使用Ar氣氣氛，磨球材料為瑪瑙，金屬粉與磨球比例為1: 8，轉(zhuǎn)速為260轉(zhuǎn)每分，球磨30小時(shí)即可，得到釬料。
[0020](3)砂輪布料:按20g/m2壓敏膠涂在鋼基體表面，將立方氮化硼磨粒均勻粘結(jié)在砂輪鋼基體表面，將釬料撒在立方氮化硼和鋼基體表面，去除未粘結(jié)的多余釬料，其中的立方氮化硼粒度為120μηι。
[0021](4)采用真空爐中加熱的方式加熱至釬料熔化，其真空度在10—3?10—4Pa，釬焊溫度1120°C，保溫2min，冷卻后立方氮化硼磨粒釬焊固定于砂輪基體表面即為成品。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種真空釬焊單層立方氮化硼砂輪的制作方法，由立方氮化硼磨粒、釬料與砂輪基體在真空爐中實(shí)現(xiàn)釬焊而成，其特征在于，所述的制作方法包括以下步驟: 步驟一、砂輪基體的制作:采用機(jī)加工的方法制備所需要單層立方氮化硼砂輪的砂輪基體，并對砂輪基體除油除銹； 步驟二、釬料的制備:采用Al、T 1、Cu、Fe、Ag、Ni的單質(zhì)金屬粉混合而成，得到釬料； 步驟三、砂輪布料:按10?25g/m2壓敏膠涂在砂輪基體表面，將立方氮化硼磨粒均勻粘結(jié)在砂輪基體表面，將釬料均勻撒在立方氮化硼和砂輪基體表面，去除未粘結(jié)的多余釬料； 步驟四、采用真空爐中加熱的方式加熱至釬料熔化后進(jìn)行真空釬焊，冷卻后立方氮化硼磨粒釬焊固定于砂輪基體表面即為成品。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空釬焊單層立方氮化硼砂輪的制作方法，其特征在于:所述的釬料由純度超過質(zhì)量比99.9%，按質(zhì)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，在惰性氣氛中球磨混合均勻，制得粒度范圍在20-80微米的AlAgCuFeNiTi高熵合金，作為釬料;球磨的工藝參數(shù)為:采用在球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，使用Ar氣氣氛，磨球材料為瑪瑙，金屬粉與磨球比例為I: 6-8，轉(zhuǎn)速為260?320轉(zhuǎn)每分，球磨24?30小時(shí)即可，得到釬料。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空釬焊單層立方氮化硼砂輪的制作方法，其特征在于:所述的立方氮化硼粒度為120?450μηι。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空釬焊單層立方氮化硼砂輪的制作方法，其特征在于:所述的真空釬焊，其真空爐中真空度為10—3?10—4Pa,釬焊溫度為1120?1200 °C，保溫2?lOmin。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空釬焊單層立方氮化硼砂輪的制作方法，其特征在于:所述的砂輪基體的材料為45鋼或65Mn鋼。
【專利摘要】本發(fā)明屬于超硬材料工具制作領(lǐng)域，具體涉及真空釬焊單層立方氮化硼砂輪的制作方法。所述立方氮化硼磨粒具有高硬度、高熱穩(wěn)定性和良好的耐磨性，采用釬焊的方法可以實(shí)現(xiàn)磨粒與基體的高強(qiáng)度連接，而以添加Ti的高熵合金作為釬料用于釬焊立方氮化硼，可以實(shí)現(xiàn)高的連接強(qiáng)度，提高釬焊層的耐磨性和熱穩(wěn)定性，并且釬料由單質(zhì)金屬粉混合制成，成分容易控制。主要步驟為：采用機(jī)加工的方法制備單層立方氮化硼砂輪的基體；采用單質(zhì)金屬粉經(jīng)球磨混合制得AlAgCuFeNiTi高熵合金，作為釬料；按基體、釬料和立方氮化硼磨粒布置磨粒；采用真空釬焊，冷卻后即為釬焊單層立方氮化硼砂輪。
【IPC分類】B23K1/20, B23K1/008
【公開號】CN105618883
【申請?zhí)枴緾N201610014649
【發(fā)明人】盧金斌, 馬明星, 殷振, 劉威, 王廣勛, 朱其新, 張旺璽, 齊文春, 齊芳娟
【申請人】蘇州科技學(xué)院
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年1月11日