專利名稱：鎳基釬料激光釬焊金剛石磨粒的制造方法
技術領域：
本發(fā)明屬于高溫釬焊技術領域，涉及對高溫釬焊金剛石磨粒方法的改進。
技術背景金剛石(Diamond)是碳(C)的單質(zhì)，其晶體結構屬等軸面心立方晶系，獨 特的晶體結構使金剛石具有自然界物質(zhì)中最高的硬度、剛性以及優(yōu)良的抗磨損、 抗腐蝕性和化學穩(wěn)定性。金剛石優(yōu)異的物理機械特性決定了它是制作硬脆材料加 工工具的理想原材料，廣泛應用于硬質(zhì)合金、工程陶瓷、光學玻璃、半導體材料、 花崗巖等硬脆材料的鉆頭、鋸切工具、磨具、各式各樣的磨削工具及其它重要的 超硬耐磨表面。目前單層高溫釬焊金剛石砂輪制作工藝主要依靠真空釬焊完成的，但真空釬 輝在實際應用中卻存在如下局限性釬焊過程加熱、冷卻時間長；致使生產(chǎn)的周 期變長，費時耗能，金剛石磨料長時間處于高溫環(huán)境下會使磨粒表面出現(xiàn)不利產(chǎn) 物，同時受爐腔尺寸限制，無法釬焊大型的工具，同時也難以實現(xiàn)在基體承受整 體加熱時其變形不易控制的工具制造。釆用能量密度高、升降溫速度快的激光作為熱源，可以局部加熱，熱影響區(qū) 小，可釬焊幾何形狀復雜的工件，并且激光束可用光纖傳輸，因此可在常規(guī)方式 不易釬焊的部位進行加工，靈活性好，同時金剛石在高溫環(huán)境下暴露的時間很短， 這就有效的控制了金剛石的石墨化。激光釬焊過程能夠通過軟件實行自動化流程 的智能控制，從而實現(xiàn)高效的自動化、智能化激光釬焊，在大規(guī)模制造中生產(chǎn)效 率高。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種激光釬焊金剛石磨粒的方法，以解決真空釬焊中存在的釬焊周期長、釬焊工具尺寸受限等問題。本發(fā)明的技術方案是 一種鎳基釬料激光釬焊金剛石磨粒的制造方法，基于C02激光器、數(shù)控加工機床、氣體保 護裝置組成的激光釬焊設備，其特征在于將加工好的45鋼基體和無鍍膜金剛石放入有機溶劑中進行超聲波清洗，再 依照45鋼基體/鎳基釬料/金剛石磨粒三層順序制作待加工試樣，然后將試樣置 入由C02激光器、加工機床以及氣體保護裝置組成的釬焊設備上，在C02激光作 用下，鎳基釬料受熱熔化，與基體和金剛石發(fā)生化學冶金結合，實現(xiàn)鎳基釬料激 光釬焊金剛石磨粒。
激光器的功率調(diào)整為700-850W,激光掃描速度為20-45mm/min，激光光斑面 積為15-21mm2。最佳的激光釬焊金剛石磨粒的參數(shù)為激光器的功率780W，掃 描速度30mm/min，激光光斑面積為18mm2。鎳基釬料與45鋼基體中的元素在結合處相互擴散形成化學冶金結合；鎳基 釬料中的Cr元素在金剛石界面富集，并與金剛石中的C元素反應生成Cr3C2。


圖1是45鋼基體加工成的節(jié)塊試樣2是按45鋼基體/鎳基釬料/金剛石磨粒三層順序制作的待加工試樣圖具體實施方式
實施例將45鋼基體加工成如圖1所示的節(jié)塊試樣；其待釬焊面用100tt金 相砂紙適當打磨，為消除各種不潔因素的影響，將金剛石磨粒和45鋼基體分別 放入有機溶劑中進行超聲波清洗，釬焊前，依照45鋼基體/鎳基釬料/金剛石磨 粒三層順序，將40/50目無鍍膜金剛石和鎳基釬料預涂敷在45鋼表面，經(jīng)烘干 后進行激光釬焊，如圖2所示。激光釬焊工藝參數(shù)激光波長10.6^"，多模矩形光斑，面積18mm2，激光 功率780W,掃描速度30mm/min。經(jīng)理化分析后發(fā)現(xiàn)激光釬焊后釬料層鋪展均 勻，鎳基釬料對金剛石磨粒表現(xiàn)出良好的浸潤性，釬焊后金剛石磨粒的晶形完 整，棱角分明，無裂紋。將焊后的金剛石磨粒，在強酸中浸蝕若干小時，通過SEM觀察界面生成物形 態(tài)?？梢郧宄乜吹皆诮饎偸砻嫔腺N面生長著較為規(guī)則的扁條狀生成物。經(jīng)X 射線衍射物相分析，可見在金剛石表面有Cr3C2生成，對鎳基釬料與45鋼基體界面的元素分布進行分析，Ni、 Cr、 Si、 Fe元素在 界面處的濃度梯度均呈現(xiàn)緩慢的過渡趨勢，這說明鎳基釬料與45鋼基體在界面 處存在著明顯的擴散現(xiàn)象，由此可以認為鎳基合金釬料與鋼基體之間形成了化學 冶金結合。將釬焊后的節(jié)塊在花崗巖上進行重負荷磨削試驗，結果表明金剛石磨粒為正 常磨損，沒有整顆金剛石脫落，說明基體對金剛石磨粒的把持強度很高。
權利要求
1、一種鎳基釬料激光釬焊金剛石磨粒的制造方法，其特征在于，將加工好的45鋼基體和無鍍膜金剛石放入有機溶劑中進行超聲波清洗，再依照45鋼基體/鎳基釬料/金剛石磨粒三層順序制作待加工試樣，然后將試樣置入由CO2激光器、數(shù)控加工機床以及氣體保護裝置組成的釬焊設備上，在CO2激光作用下，鎳基釬料受熱熔化，與45鋼基體和金剛石發(fā)生化學冶金結合，實現(xiàn)鎳基釬料激光釬焊金剛石磨粒。
2、 按權利要求1所述的鎳基釬料激光釬焊金剛石磨粒的制造方法，其特征在于， C(V激光器的功率調(diào)整為700-850W，激光掃描速度為20-45mm/min，激光光斑 面積為15-21mra2。
全文摘要
一種鎳基釬料激光釬焊金剛石磨粒的制造方法，屬于高溫釬焊技術領域，本發(fā)明所需材料為45鋼基體、鎳基釬料和無鍍膜金剛石，首先將加工好的45鋼基體和無鍍膜金剛石放入有機溶劑中進行超聲波清洗，再依照45鋼基體/鎳基釬料/金剛石磨粒三層順序制作待加工試樣，然后將試樣置入由CO₂激光器、數(shù)控加工機床以及氣體保護裝置組成釬焊設備上，在CO₂激光作用下，鎳基釬料受熱熔化，與基體和金剛石發(fā)生化學冶金結合，從而將金剛石與基體牢固地連接在一起。本發(fā)明能夠解決現(xiàn)有高溫釬焊技術中的一些不足之處，并且加工效率高，加工過程易于控制，適于自動化生產(chǎn)。
文檔編號B23K35/30GK101130213SQ20071013264
公開日2008年2月27日 申請日期2007年9月18日 優(yōu)先權日2007年9月18日
發(fā)明者傅玉燦, 徐九華, 徐鴻鈞, 楊志波, 冰 肖, 蘇宏華 申請人:南京航空航天大學