一種真空釬焊單層立方氮化硼砂輪的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于超硬材料工具制作領域，尤其涉及釬焊單層立方氮化硼工具的制造技術。
【背景技術】
[0002]立方氮化硼(cBN)具有硬度高、耐磨性好、化學穩定性好、高溫強度高的優點，因此立方氮化硼工具在加工強韌性材料方面具有壽命長、效率高的優點，工具的制作方法有電鍍法、燒結法，其中電鍍砂輪主要用于成型磨削，但電鍍方法不利于環保，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量的降低，采用釬焊方法制作立方氮化硼砂輪，具有磨粒結合強度高、磨料出露高、工具壽命長等優異特性，并且利于環境保護，有著廣泛的應用。此外，釬焊工具表面的磨粒較易實現有序排布，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韌性金屬材料時，會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度和高溫性能會嚴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性能。高熵合金由于擁有多種組元，通常可以形成穩定的固溶體，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。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是進一步提高cBN磨料的把持強度，使單層cBN砂輪適于對高韌性金屬材料的高效加工。因cBN磨料的高溫性能優異，可選擇含Ti高熵合金作為釬料對cBN進行釬焊，該釬料含有一定的活性元素Ti，可以與cBN進行界面反應，促進釬料對cBN磨粒的潤濕性，提高磨粒的把持強度，并且高熵合金具有良好的高溫性能、強度和耐磨性，實現與cBN磨料的高溫性能匹配。選擇鋼基體作為砂輪的基體，在真空爐中進行釬焊。由于高熵合金具有擴散速度慢，即使緩慢冷卻通常也會形成單一固溶體，制作的砂輪具有磨料把持強度高、釬焊層耐磨性好的優點。
[0005]本發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:采用單質金屬粉質量純度超過99.9%，按質量百分比，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。球磨的工藝參數為:采用在球磨機中進行球磨，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，轉速為260~320轉每分，球磨24?30小時即可，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
【具體實施方式】
[0008]實施例1
(I)砂輪基體的制作:砂輪基體的材料為45鋼，采用機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:采用單質金屬粉質量純度超過99.9%，按質量百分比，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。球磨的工藝參數為:采用在球磨機中進行球磨，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，轉速為320轉每分，球磨30小時即可，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磨粒實現了化學冶金結合，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]實施例2
(I)砂輪基體的制作:砂輪基體的材料為45鋼，采用機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:采用單質金屬粉質量的純度超過99.9%，按質量百分比，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。球磨的工藝參數為:采用在球磨機中進行球磨，使用Ar氣氣氛，磨球材料為瑪瑙，金屬粉與磨球比例為1:7，轉速為300轉每分，球磨30小時即可，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磨粒實現了化學冶金結合，經斷口分析，斷裂發生在cBN中，充分說明釬料對cBN實現了高的連接強度，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]實施例3
(I)砂輪基體的制作:砂輪基體的材料為65Mn鋼，采用機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:采用單質金屬粉質量的純度超過99.9%，按質量百分比，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。球磨的工藝參數為:采用在球磨機中進行球磨，使用Ar氣氣氛，磨球材料為瑪瑙，金屬粉與磨球比例為1: 8，轉速為260轉每分，球磨30小時即可，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。
【主權項】
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現釬焊而成，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.根據權利要求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量比99.9%，按質量百分比，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;球磨的工藝參數為:采用在球磨機中進行球磨，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，轉速為260?320轉每分，球磨24?30小時即可，得到釬料。3.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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】本發明屬于超硬材料工具制作領域，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、高熱穩定性和良好的耐磨性，采用釬焊的方法可以實現磨粒與基體的高強度連接，而以添加Ti的高熵合金作為釬料用于釬焊立方氮化硼，可以實現高的連接強度，提高釬焊層的耐磨性和熱穩定性，并且釬料由單質金屬粉混合制成，成分容易控制。主要步驟為：采用機加工的方法制備單層立方氮化硼砂輪的基體；采用單質金屬粉經球磨混合制得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
【申請號】CN201610014649
【發明人】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】蘇州科技學院
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年1月11日