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金剛石釬焊的現狀

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金剛石釬焊的現狀

發布日期:2020-08-29 作者:煙臺市固光焊接材料有限責任公司 點擊:

     目前,用釬焊法制作金剛石(或立方氮化硼)工具已開始成為熱點技術,但僅局限于單層工具,對于多層實現“孕鑲”尚未見有成果發表。國外的釬焊技術研究始于20世紀80年代后期,但由于工作復雜至今仍停留在實驗階段,其應用也僅局限于單層工具;國內的高溫釬焊技術研究起步較晚,與發達國家相比,研究的廣度和深度遠遠不夠,因而目前進展十分緩慢,但隨著我國加入WTO,研究的步伐必然逐漸加速。

  (1)國外高溫金剛石釬焊工具的研究狀況

  瑞士AKChattopadhyay等用火焰噴鍍法(氧—乙炔焊槍)把釬料合金鍍于工具鋼基體上,并將金剛石(不包衣)布排于焊料層面上,然后在1080℃、氬氣保護下感應釬焊30秒來實現金剛石與鋼基體結合。釬料合金中的Cr作為一種強碳化物元素,在釬焊過程中向金剛石表面富集而實現金剛石的表面金屬化。

  Wiand等在美國專利上介紹的方法是:焊料(Ni-Cr)金屬粉加有機粘結劑制成釬焊漆,把包衣金剛石粘在工具鋼基體上,然后涂附釬焊漆,再加熱到一個適中的溫度并保溫一定時間以排除揮發物質。在真空爐(真空度1.333×10-2Pa)或干式氫氣爐中加熱到1100℃左右,保溫1小時,釬焊的同時完成金剛石的表面金屬化。

  一些專利中也同樣采用Ni-Cr合金釬料實現了釬焊,釬料中還包括Fe、B元素或Si、Mo等。例如,在文獻〔14〕中采用含Si或Si和Ti的Ni-Cr合金釬料在真空爐中實現釬焊,釬焊溫度為1126~1176℃;文獻〔15〕采用Cu基含W、Fe、Cr、B、Si等釬料釬焊金剛石砂輪;文獻〔16〕用Ag-Mn-Zr銀基釬料來釬焊金剛石工具,從而替代電鍍工具。

  德國的ATrenker等在釬焊過程中分別采用了鎳基活性釬料和鎳基釬料來實現金剛石與基體的結合。由與電鍍工具的對比圖可以看出,高溫釬焊金剛石工具的性能比電鍍金剛石工具優異得多,釬焊工具(使用活性釬料和PDA989、PDA665金剛石)起始磨削性能是電鍍工具(鎳基釬料和PDA665金剛石)的3.5倍以上,壽命是電鍍工具的3倍以上;由于釬焊工具有較大的容屑空間,金剛石磨粒有較大的自.由切削面且磨粒間空間較多,使切屑很容易被排除,所以釬焊金剛石工具的磨削性能好。

  (2)國內高溫金剛石釬焊工具的研究狀況

  第四軍醫大學和西安交通大學在國內外釬焊金剛石研究的基礎上,采用真空爐(真空度為0.2Pa)內高溫釬焊的方法,以NiCr13.P9合金為釬料,配以少量Cr粉,在高溫(950℃)加壓(4.9MPa)的條件下進行釬焊,從而實現了金剛石與鋼基體間的牢固結合。釬料均勻分布于砂輪表面,金剛石已被牢固釬焊,觸摸砂輪表面感覺相當銳利粗糙。釬料在金剛石磨粒間分布均勻,金剛石出刃高度高。其耐用度較電鍍砂輪有了明顯提高,工作后僅有少量金剛石脫落。

  南京航.空航.天大學的肖冰等利用高頻感應釬焊的方法,用Ag-Cu合金和Cr粉共同作中間層材料,在空氣中感應釬焊35秒,釬焊溫度780℃,實現了金剛石與鋼基體間的牢固結合。姚正軍等利用在Ar氣保護爐中感應釬焊的方法,用Ni-Cr合金粉末做釬料,真空感應釬焊30秒,釬焊溫度1050℃,實現了金剛石與鋼基體的牢固連接。利用掃描電鏡和X射線能譜儀,結合X射線衍射結構分析,發現在釬焊過程中Cr元素金剛石界面形成富Cr層并與金剛石表面的C元素反應生成Cr3C2和Cr7C3,這是實現合金層與金剛石有較高結合強度的主要因素。磨削實驗采用大切深、緩進給、重負荷進行,從砂輪磨削后的表面形貌來看,沒有金剛石整顆脫落,金剛石磨粒屬正常磨損,說明金剛石有較高的把持強度,適合于高.效磨削加工。

  作者所在課題組在國內外研究的基礎上,采用Ni82CrBSi合金片狀釬料,金剛石均勻排布在釬料片上,在低真空熱壓燒結爐中實現釬焊,對釬焊金剛石工具進行了初步研究,并且探索如何將釬焊這一技術用于孕鑲工具中。從優化金剛石在胎體中的排布方式、金剛石粒度、濃度等靜態結構參數及有效金剛石數量、金剛石間距等動態參數出發,實現單層金剛石在橫向平面的有序排布,再通過疊層法在縱向呈錯落排布,實現工作層中金剛石具備連續工作能力。為檢驗胎體對金剛石的包鑲能力,特制作一只表鑲金剛石鉆頭,進行5次開.刃實驗,并測得其平均出刃值。通過對釬焊單層工具金剛石出刃高度的測試(金剛石為45/50目),發現了其出刃值可達到百分之70以上,可以看出,釬焊技術可使金剛石與胎體的結合強度大大提高。對金剛石鉆頭(φ63mm)進行鋼筋混凝土鉆進模擬實驗的結果表明,鉆頭在鉆齒磨損近2mm時仍能繼續工作,從理論上講已經有兩層金剛石參與了工作,這似乎說明了可以實現“孕鑲”,具體的應用工藝仍在進一步研究之中。

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