漫滲燃燒Ti?Al?Cu?Sn?Ni微孔金剛石砂輪的制造方法
【專利摘要】本發明一種漫滲燃燒Ti?Al?Cu?Sn?Ni微孔金剛石砂輪的制造方法：先將Al和Ti粉混合均勻，然后將金剛石粉和Ti、Al混合粉加入模具，保證金剛石顆粒優先與Ti、Al混合粉接觸。添加Cu、Sn、Ni粉，攪拌均勻。按成型密度90%~93%冷壓成型，保證一定的氣孔率。冷壓成型后，金剛石顆粒周圍包裹著一些Ti、Al混合粉，外層是浸提材料Cu?Sn?Ni混合粉。真空熱壓燒結時，金剛石顆粒表面碳原子與金屬Ti漫滲反應生成TiC層，Ti與Al漫滲反應生成TiAl合金層。多余的金屬Al融化，將Cu、Sn、Ni金屬和TiAl金屬間化合物粘結在一起，形成Cu?Sn?Ni?Al基體層，并由于液體張力在金剛石顆粒間形成微氣孔。由于TiC和TiAl的生成，實現了金剛石與Cu、Sn、Ni金屬基體的過渡，大大提高了金剛石顆粒的把持力，利于均勻微孔的生成。
【專利說明】
漫滲燃燒T 1-A 1-Cu-Sn-N i微孔金剛石砂輪的制造方法
技術領域
[0001 ]本發明屬于精密制造領域，特別涉及到一種漫滲燃燒T1-Al-Cu-Sn-Ni微孔金剛石砂輪的制造方法。【背景技術】
[0002]單晶硅、氧化鋁、碳化物、氮化物、藍寶石、玻璃等因其具有高硬度、高脆性、高耐磨性、尚抗蝕性、尚抗氧化性、尚電阻率、耐尚溫、不導磁等許多金屬材料難以比擬的優良特性，廣泛應用于半導體、航空航天、汽車等領域。為了使這些硬脆材料零件具有良好的性能， 必須具有很小的表面粗糙度和表面及亞表面損傷。但是，由于這類材料的較高硬度和脆性， 對其加工十分困難。金剛石砂輪具有結合強度高、耐磨性好、壽命長、能承受大負荷磨削的特點，在這些高性能硬脆材料的成形磨削和精密、超精密磨削中應用廣泛。
[0003]然而，金屬基金剛石砂輪自銳性差、容易堵塞，嚴重影響磨削過程的穩定性和磨削表面質量，從而限制了其在高性能硬脆材料的精密加工中的正常使用。為了解決這些問題， 目前多采用新型修整技術，如ELID在線修整技術和激光在線修整技術。但是這些技術往往需要額外附加裝置，增加了設備的復雜性和使用費用。如果從砂輪的本身著手，來改善金屬結合劑金剛石砂輪的修整修銳和自銳能力，顯然具有事半功倍的效果。
[0004]金剛石砂輪中金剛石的把持力和氣孔是影響金剛石砂輪磨削性能很重要的參數。 目前通電燒結法、熱等靜壓燒結法、真空熱壓燒結法等方法經常采用造孔劑保證金剛石砂輪的氣孔。采用這種方法制備的氣孔一般比較粗大，分布不均勻。為了滿足藍寶石等硬脆材料磨削對金剛石砂輪高把持力和均勻微細孔的要求，本發明制備一種漫滲燃燒T1-Al-Cu-Sn-Ni微孔金剛石砂輪。其利用高溫下融化的金屬A1在張力作用下與Ti金屬顆粒發生漫滲反應，生成TiAl合金。同時高溫下，Ti金屬與金剛石反應生成TiC，增強了金剛石顆粒的把持力。由于熔融金屬鋁的流動搭橋，砂輪坯體內部形成均勻的氣孔。
[0005]本發明針對藍寶石、玻璃等硬脆材料對金剛石砂輪的高性能磨削要求，采用漫滲燃燒TiAl金屬間化合物合成的方法制備金剛石砂輪，大大提高了金剛石砂輪對金剛石磨粒的把持力和氣孔均勻性。
【發明內容】
[0006]發明目的:本發明的目的是針對目前單晶硅、氧化鋁、碳化物、氮化物、藍寶石、玻璃等難加工硬脆材料對磨削質量的高要求，以及高金剛石把持力和均勻微細孔分布的金剛石砂輪制造困難等問題，提出一種漫滲燃燒T1-Al-Cu-Sn-Ni微孔金剛石砂輪的制造方法。
[0007]技術方案:一種漫滲燃燒T1-Al-Cu-Sn-Ni微孔金剛石砂輪的制造方法，其特征在于:該方法所用材料及重量百分比為:Cu粉:26?30%;Sn粉:7?9%;Ti粉:20?24%;A1粉:10?13%;Ni粉:2?4%;其余為金剛石粉；該方法包括以下步驟:(1)將金剛石粉放入濃硝酸溶液中浸泡，進行潔凈處理；(2)將A1、Ti粉稱量混合，放入球磨機混合3小時；(3)采用糊精液將金剛石粉和已混合好的Al、Ti粉制粒，加入模具；(4)向模具中添加Cu、Sn、Ni粉，并攪拌均勻；(5)采用液壓機將模具中粉末按成型密度90%?93%冷壓成型；(6)將冷壓成型的坯體及模具放入干燥箱，80°C條件下烘干3小時；(7)采用真空燒結機將金剛石砂輪燒結成型；(8)隨爐冷卻。
[0008]所述的漫滲燃燒T1-Al-Cu-Sn-Ni微孔金剛石砂輪的制造方法，其特征在于:所述 Cu粉、Sn粉、Ni粉、Ti粉、A1粉的純度>99.5%，粒度為1?20仰1;所述金剛石粉的粒度為1~1(^ m〇
[0009]所述的漫滲燃燒T1-Al-Cu-Sn-Ni微孔金剛石砂輪的制造方法，其特征在于:在所述步驟(7)中的真空燒結的真空度優于1.3 Xl(T4Pa，真空燒結升溫曲線為150°C?60分鐘， 230°C?30分鐘，650°C?20分鐘，757°C?10分鐘。[〇〇1〇]優點及效果:冷壓成型后金剛石表面碳原子與金屬Ti反應生成TiC，Ti與A1反應生成TiAl合金。由于TiC和TiAl合金具有很高的硬度和強度，極大提高了金剛石顆粒的把持力。融化的金屬A1和Sn金屬與Cu、Ni形成合金的同時，由于張力形成微氣孔。保證金剛石砂輪的自銳性，使金剛石砂輪的磨削性能大幅度提高。
[0011]【附圖說明】:圖1、圖2為本發明漫滲燃燒T1-Al-Cu-Sn-Ni微孔金剛石砂輪的示意圖；其中圖1為真空熱壓燒結前組織示意圖；圖2為真空熱壓燒結后組織示意圖；圖3是漫滲燃燒T1-Al-Cu-Sn-Ni微孔金剛石砂輪的微觀組織圖；圖中:1金剛石、2 T1-Ar混合粉、3 Cu-Sn-Ni混合粉、4 TiC層、5 TiAl合金層、6 Cu-Sn-N1-Al基體層、7氣孔。[〇〇12]【具體實施方式】:本發明一種漫滲燃燒T1-Al-Cu-Sn-Ni微孔金剛石砂輪的制造方法的原理是:先將A1和 Ti粉放入球磨機混合均勻，然后將金剛石粉和T1、Al混合粉加入模具，保證金剛石顆粒優先與T1、Al混合粉接觸。添加Cu、Sn、Ni粉，攪拌均勻。按成型密度90%?93%冷壓成型，保證一定的氣孔率。冷壓成型后，金剛石顆粒1周圍包裹著一些T1、Al混合粉2,外層是浸提材料Cu-Sn-Ni混合粉3。真空熱壓燒結時，金剛石顆粒1表面碳原子與金屬Ti漫滲反應生成TiC層4， Ti與A1漫滲反應生成TiAl合金層5。多余的金屬A1融化，將Cu、Sn、Ni金屬和TiAl金屬間化合物粘結在一起，形成Cu-Sn-N1-A1基體層6，并由于液體張力在金剛石顆粒間形成均勾的微氣孔7。由于TiC和TiAl的生產，實現了金剛石與Cu、Sn、Ni金屬基體的過渡，大大提高了金剛石顆粒的把持力，同時實現均勻微孔的生成。
[0013] —種漫滲燃燒T1-Al-Cu-Sn-Ni微孔金剛石砂輪的制造方法，其特征在于包含以下步驟:1)所用材料為金剛石粉、Cu粉、Sn粉、Ni粉、Ti粉、A1粉，Cu粉、Sn粉、Ni粉、Ti粉、A1粉的純度>99.5%，粒度為1?20wii，金剛石粉粒度為1?lOwii。按重量比，26?30%的Cu，7~9%的Sn，20? 24%的Ti，HM3%的A1，2~4%的Ni，其余為金剛石。[〇〇14]2)將金剛石粉放入濃硝酸溶液中浸泡，進行潔凈處理。
[0015]3)將Al、Ti粉稱量混合，放入球磨機混合3小時。
[0016]4)采用糊精液將金剛石粉和已混合好的Al、Ti粉制粒，加入模具。
[0017]5)向模具中添加Cu、Sn、Ni粉，并攪拌均勻。[〇〇18]6)采用液壓機將模具中粉末按成型密度90%?93%冷壓成型。[〇〇19]7)將冷壓成型的坯體及模具放入干燥箱，80°C條件下烘干3小時。[〇〇2〇] 8)采用真空燒結機將金剛石砂輪燒結成型。
[0021]9)隨爐冷卻。[〇〇22]所述一種漫滲燃燒T1-Al-Cu-Sn-Ni微孔金剛石砂輪的制造方法，其特征在于:真空燒結的真空度優于1.3 X 10—4Pa，真空燒結升溫曲線為150°C60分鐘，230°C30分鐘，650°C 20分鐘，757 °C 10分鐘。[0〇23]所述一種漫滲燃燒T1-Al-Cu-Sn-Ni微孔金剛石砂輪的制造方法，其特征在于:通過Ti和A1之間的慢滲反應以及Ti和金剛石之間的慢滲反應實現金剛石顆粒的高強度把持。
【主權項】
1.一種漫滲燃燒T 1-A1 -Cu-Sn-Ni微孔金剛石砂輪的制造方法，其特征在于:該方法所用材料及重量百分比為:Cu粉:26?30%;Sn粉:7?9%;Ti粉:20?24%;A1粉:10?13%;Ni粉:2?4%;其余為金剛石粉；該方法包括以下步驟:(1)將金剛石粉放入濃硝酸溶液中浸泡，進行潔凈處理；(2 )將A1粉、Ti粉稱量混合，放入球磨機混合3小時；(3)采用糊精液將金剛石粉和已混合好的Al、Ti粉制粒，加入模具；(4)向模具中添加Cu、Sn、Ni粉，并攪拌均勻；(5)采用液壓機將模具中粉末按成型密度90%?93%冷壓成型；(6)將冷壓成型的坯體及模具放入干燥箱，80°C條件下烘干3小時；(7)采用真空燒結機將金剛石砂輪燒結成型；(8)隨爐冷卻。2.根據權利要求1所述的漫滲燃燒T1-Al-Cu-Sn-Ni微孔金剛石砂輪的制造方法，其特 征在于:所述Cu粉、Sn粉、Ni粉、Ti粉、A1粉的純度>99.5%，粒度為1?20圓;所述金剛石粉的 粒度為1?l〇Mi。3.根據權利要求1所述的漫滲燃燒T1-Al-Cu-Sn-Ni微孔金剛石砂輪的制造方法，其特 征在于:在所述步驟(7)中的真空燒結的真空度優于1.3 Xl(T4Pa，真空燒結升溫曲線為150 。(:?60分鐘，230 °C?30分鐘，650 °C?20分鐘，757 °C?10分鐘。
【文檔編號】B22F5/00GK106041089SQ201610487022
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月29日
【發明人】謝玉臣, 苑澤偉, 謝鳴, 謝一鳴, 張祎衡
【申請人】沈陽昌普超硬精密工具有限公司, 沈陽工業大學