钎焊金刚石工具技术(2)

4. 2 高温钎焊金刚石工具研究现状

国外在上个世纪80 年代后期开始以高温钎焊代替电镀工艺, 并取得了良好的效果, 并已有成果得到应用

德国的A. Trenker 等[7]在高温钎焊的过程中分别采用了活性钎料和N i 基钎料来实现金刚石与基体的结合。并将其与电镀工具作了对比, 发现高温钎焊 金刚石工具比电镀金刚石工具性能优异得多。

国内对高温钎焊金刚石工具的研究开发单位有:南京航空航天大学、第四军医大学、西安交通大学、华侨大学等。

第四军医大学[12]在国内外钎焊金刚石研究的基础上,采用真空炉(真空度0.2Pa) 内高温钎焊的方法, 以NiCr13P4合金为钎料, 配以少量Cr粉, 在高温(950℃) 加压(4.9MPa) 的条件下进行钎焊,从而实现了金刚石与钢基体间的牢固结合。SEM 和XRD分析结果证实有Cr3C2生成, 正是通过金刚石界面上的这个碳化物层, 合金材料实现了对金刚石的高把持力。

南京航空航天大学的姚正军等[13]利用A r气保护炉中感应钎焊的方法,用N i- Cr合金粉末作钎料,真空感应钎焊30s, 钎焊温度1050℃,实现了金刚石与钢基体的牢固连接。利用扫描电镜和X 射线能谱, 结合X 射线衍射结构分析, 发现在钎焊过程中Ni-Cr合金中的Cr 元素分离出并富集在金刚石界面形成富Cr层,并与金刚石表面的C元素反应生成Cr3C2 和Cr7C3, 同样是实现合金层与金刚石有较高强度的主要因素。

华侨大学的黄辉[14]等利用高频感应钎焊的方法,以Ni2Cr 合金为钎料,尝试在空气中直接进行金刚石磨粒的钎焊。通过适当控制钎焊电流和钎焊时间,实现了金刚石与钢基体的牢固焊接。磨削实验表明,采用该方法制造的金刚石工具在金刚石磨粒与基体之间有着较高结合强度,金刚石磨粒在整个加工过程中未出现脱落,金刚石磨粒的磨损过程为正常磨损。另外,还尝试在自制真空炉中利用高频感应钎焊金刚石节块。通过调整加热时间与加热功率来控制钎料加热温度,实现金刚石与基体的牢固连接,并制作了金刚石磨盘。在磨削加工花岗石的过程中,对金刚石磨粒的出露高度、磨粒的磨损状态进行了跟踪,揭示了钎焊金刚石工具在加工过程中的磨损性能。

5.金刚石有序排布问题

金刚石磨料的均匀分布/有序排布被认为是改善工具性能和延长使用寿命的有效途径， 在钎焊单层金刚石工具中较易实现， 从而引起了国内外研究者的关注。金刚石的均匀分布/有序排布能够使金刚石在工具中得到充分有效的利用， 既提高了工具的加工效率，又延长了工具的使用寿命， 同时减小了金刚石浓度，降低了成本。此外， 由于有序排布金刚石能够在工具表面形成理想的磨削形貌， 可以保证合理的磨粒裸露高度和合理的间距， 从而具有降低加工对象的粗糙度的效果[15]。迄今为止， 能够实现金刚石有序排布的技术主要包括复制技术、一次性使用壳模布料法、有序阵列法、孔模板、激光快速成形技术、点胶法等，但这些方法仅限于实验室应用，没有一种技术能够实现产业化。钎焊单层有序排布工具性能研究也较多，如我国台湾的中国砂轮公司推出的单层均布金刚石高温钎焊串珠，在不缩短工具使用寿命的前提下，可使金刚石用量减少1/2，切割速度提高2倍[16]。美国和日本Noritake公司研制的单层均布钎焊金刚石磨轮用于精密磨削加工时， 其工作表面粗糙度明显改善，表面粗糙度<0.2μm［17］。苏黎世ETH 开发研究的新型钎焊单层均布搪磨刀具的寿命为电镀刀具的10～20倍，即使在进刀

量增加1.5倍的情况下,刀具使用寿命也明显地高于电镀刀具［18］。因此，加大对金刚石有序排布技术的研究力度，尽早开发出一套能够大规模进行工业化生产的金刚石有序排布技术尤为重要。

6.总结与展望

钎焊可实现金刚石、结合剂(钎焊合金材料) 和金属基体三者界面之间的化学冶金结合, 具有较高的结合强度。与电镀工具相比, 钎焊工具显示了无可比拟 的优势, 今后必将成为一种发展趋势。作为具有卓越切削性能的新一代超硬磨料工具,钎焊超硬磨料工具有着十分广阔的应用领域。它的开发成功不仅可以提高国内超硬材料工具的研究水平,还可为国内磨料工具行业本身带来新的技术经济增长点, 而且可以拉动包括各种金属材料、各种结构与功能的陶瓷材料、光学玻璃、半导体、石材、建材以至宝玉石等整个加工行业, 国内外市场前景非常广阔, 其可能创造的技术经济效益将无法估量。

参考文献

[ 1 ] 姜荣超. 加快金刚石钎焊工艺及其制品的发展与产业化 [ J ].超硬材料工程, 2006,18(1):36- 43.

[ 2 ] 关砚聪, 陈玉全, 姚德明. A g- Cu- T i 钎料钎焊单晶金刚石磨粒的研究[J ]. 金刚石与磨料磨具工程, 2005, 147 (2) : 23- 25.

[ 3 ] 李丹, 赵密, 孙凤莲, 孙文山. A g- Cu- T i 钎料在金刚石表面的润湿状况[J ]. 哈尔滨理工大学学报, 2000, 5 (3) : 101- 104.

[ 4 ] 亢世江, 陈学军, 吕志勇, 杨立军. 钎焊金刚石膜的试验研究及机理分析[J ]. 焊接学报, 2005, 26 (2) : 77- 80.

[ 5] 张凤林, 周玉梅, 付凯旋, 王成勇. Cr、T i 金属粉改善A g- Cu-Zn 合金对金刚石的钎焊性能研究[J ]. 金刚石与磨料磨具工程,2007 (3) : 23- 25.

[ 6 ] 孟卫如, 徐可为, 杨吉军, 南俊马. 金刚石工具真空钎焊钎料的适应性[J ]. 焊接学报, 2004, 25 (1) : 80- 82.

[ 7 ] Tan A H，Cheng Y C. Wear-corrosion Properties of Diamond Conditioners in CMP Slurry［J］. Wear，2007，262：693-698

[ 8 ] Chattopadhyay A K. Experimental investigation on induction brazing of diamond with Ni-Cr hardfacing alloy under argon at mosphere［J］.Journal of Materials Science，1991（20）：5093 -5100.

[ 9 ] 武志斌，徐鸿钧，肖冰，等.钎焊单层金刚石砂轮的实验研究［J］.中国机械工程，2001，12（12）：1423-1424.

[ 10] 邹贵生，唔爱平、吴爱萍，等.Ag-Cu-Ti 活性钎料真空钎焊钨、石墨与铜的研究［J］.新技术新工艺，2002，（6）：40-42.

[11] 袁杰，赵宁，南俊马，等.CuMn 基含Ti 预合金金刚石的结合面分析［J］.

焊接学报，2007（6）：69-72.

[12] 马楚凡, 王忠义, 南骏马, 等. 一种牙科单层高温钎焊金刚石砂轮的研制[J ]. 金刚石与磨料磨具工程, 2002 (2) : 34- 35.

[13] 姚正军, 徐鸿钧, 肖冰, 等. N i- Cr 合金A r 气保护炉中钎焊金刚石砂轮的研究[J ]. 中国机械工程, 2001 (8) : 956- 960.

[14] 黄 辉, 朱火明, 徐西鹏. 空气中钎焊金刚石磨粒. 焊接, 2004(1) : 34～36 [15] 姜荣超． 金刚石均匀分布并有序排列是改善金刚石工具性能的有效途径［J］． 石材， 2006， 24（10）： 28－37．

[16] 陈宝杰， 卜长根． 有序排布和烧焊一体化制造金刚石工具新技术研究［J］． 金刚石与磨料磨具工程， 2004， 35（2）： 52－54．

[17]布克哈德G． 用有序排列的金刚石或立方氮化硼磨料作切削加工［J］． 芮钟英， 译. 超硬材料工程， 2006， 18（3）： 50－55．

[18] Tohge N． Precise griding with single-layered metal bonded diamond whee1［C］． Intertech 2003， proceeding CD paper．

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