專(zhuān)利名稱：一種增加金剛石工具涂層厚度的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于切割非金屬材料的金剛石工具涂層技術(shù)，主要提出一種增加 金剛石工具涂層厚度的制備方法，所制備的金剛石工具用于陶瓷、玻璃、混泥土及花崗石等 脆性材料的加工。
背景技術(shù)：
金剛石工具由金屬基體和金剛石涂層構(gòu)成。在現(xiàn)有技術(shù)下，金剛石工具的制作主 要有下面幾種方法。電鍍金剛石工具。由于電鍍工藝簡(jiǎn)單，使用方便，因此多用于制造金剛石工具。但 是這種方法生產(chǎn)出的工具只有表面一薄層的金剛石涂層，很不耐用，而且金剛石工具上電 沉積的鍍層金屬與金剛石顆粒和金屬基體的界面上不存在化學(xué)冶金結(jié)合，金剛石顆粒只是 被機(jī)械地包埋在鍍層金屬與基體之間，因此金屬基體對(duì)鍍層的把持力很小，極容易因金剛 石顆粒脫落和鍍層成片剝離而導(dǎo)致刀具的整體失效。同時(shí)，電鍍金剛石工具上的金剛石顆 粒的本身有效利用率也極低。把金剛石顆粒滾壓在鋸片基體圓周的長(zhǎng)槽中。此法的缺點(diǎn)是金剛石顆粒把持不牢 固，在切割過(guò)程中易脫落，從而影響加工效率。20世紀(jì)90年代初，人們開(kāi)始用釬焊代替電鍍開(kāi)發(fā)新一代單層釬焊金剛石工具，其 金剛石涂層厚度在0. 002-0. 2mm之間。借助高溫釬焊使釬料在金剛石顆粒和金屬基體界面 上發(fā)生溶解、擴(kuò)散、化合之類(lèi)的相互作用從而提高基體對(duì)金剛石顆粒的把持力，改善金剛石 顆粒、結(jié)合劑(釬料合金)和基體三者之間的結(jié)合強(qiáng)度。其結(jié)構(gòu)一般包括金屬基體和金剛 石顆粒，金屬基體的周沿開(kāi)有齒槽和水槽，把金剛石顆粒釬焊在金屬基體與齒槽相對(duì)應(yīng)的 兩端面上。這種釬焊金剛石工具，其金剛石顆粒釬焊在基體的兩端面，金剛石顆粒是單層釬 焊，工作層只有一層，使用壽命較短；現(xiàn)有的多層釬焊金剛石的方法，采用釬料合金片和金 剛石顆粒疊層法增厚，但釬焊時(shí)合金片熔化后金剛右顆粒上浮從而造成涂層中金剛石分布 不均，使金剛石工具壽命縮短。專(zhuān)利號(hào)為200410041974. 0的發(fā)明，采用Ni、Cr、B、Si的粉料作為釬料，只是把混 有金剛石的焊料簡(jiǎn)單的涂在基體表面上。這樣高溫加熱時(shí)釬料熔化后外溢，導(dǎo)致釬焊層較 薄且厚度不均勻，同時(shí)內(nèi)部金剛石的分布也會(huì)不均勻，使金剛石工具的使用壽命縮短。專(zhuān)利號(hào)為200710161619.0的發(fā)明，選取了 Ti、V、Cr、Zr、Mo、W等很多貴金屬的粉 料混合物作為釬料，還要制造很多帶有超磨粒顆粒大小孔的模板，增加了成本，焊接過(guò)程和 步驟過(guò)于繁瑣和復(fù)雜，也浪費(fèi)了大量的時(shí)間。論文“金剛石工具真空釬焊釬料的適應(yīng)性”(焊接學(xué)報(bào)，2004，25(1) :80_82)在使 用BNi2作為釬料時(shí)，在BNi2和金剛石的混合物中，沒(méi)有加入其他的強(qiáng)碳化物形成元素，雖然 BNi2中含有強(qiáng)碳化物形成元素，但是含量并不是很多，不能充分地潤(rùn)濕金剛石，使其難以達(dá) 到與金屬基體很好固化的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種增加金剛石工具涂層厚度的制備方法。這種方法可獲得 加厚的金剛石工具涂層，且基體對(duì)金剛石顆粒的把持力高，使用壽命長(zhǎng)，同時(shí)工藝簡(jiǎn)單，操 作方便。本發(fā)明所提出的技術(shù)方案為一種增加金剛石工具涂層厚度的制備方法，包括下 列步驟①提供一鋼基體，基體表面除去氧化皮并用丙酮清洗干凈；②選用不銹鋼絲網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)，所選絲網(wǎng)的目數(shù)和金剛石顆粒平均目數(shù)相等；③確定金剛石工具涂層的厚度，并根據(jù)金剛石工具涂層的厚度確定涂層的層數(shù)， 對(duì)應(yīng)每一層涂層鋪敷一層不銹鋼絲網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)；④根據(jù)所需金剛石涂層的面積裁剪絲網(wǎng)，使得到的絲網(wǎng)的平面面積與所需金剛石 涂層的表面面積一致，用丙酮清洗干凈；⑤按Cr粉10% -15%，102助焊劑7% -12%, BNi273% -83%的質(zhì)量百分比把釬 焊材料混合后加入同等體積的金剛石顆粒再次混合均勻，制成金剛石釬焊材料；再向其中 加入松香使混合均勻的金剛石釬焊材料粘結(jié)在一起；所加入松香的體積為金剛石釬焊材料 體積的十分之一；⑥把配制好的金剛石釬焊材料，用逐層加網(wǎng)的方式涂在鋼基體和不銹鋼絲網(wǎng)或鐵 絲網(wǎng)上，對(duì)應(yīng)每一層涂層鋪敷一層不銹鋼絲網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)；即在每一層涂層表面鋪敷一層不 銹鋼絲網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)；在真空度不低于3X10_2MP的真空釬焊爐中，加熱到溫度1000-1150°C， 保溫時(shí)間0. 5-lh ；將金剛石釬焊材料釬焊在提供的鋼基體上。所述金剛石工具涂層的制作過(guò)程為按上述步驟把基體和鐵絲網(wǎng)清洗干凈，在鋼 基體所需金剛石工具涂層面積上均勻涂抹第一層金剛石釬焊材料，把剪裁成金剛石工具涂 層面積大小的第一層不銹鋼絲網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)敷在第一層金剛石釬焊材料上面；在第一層絲網(wǎng) 上再均勻涂抹第二層金剛石釬焊材料，在第二層金剛石釬焊材料上再敷第二層絲網(wǎng)，在第 二層絲網(wǎng)上再均勻涂抹第三層金剛石釬焊材料；重復(fù)上述步驟，直至完成涂抹最后一層金 剛石釬焊材料；在最后一層釬焊材料上面水平放置一石墨片，再裝入石墨模具中；進(jìn)入真 空釬焊工藝。涂抹在鋼基體或不銹鋼絲網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)上每層金剛石釬焊材料的厚度為 0. 5-0. 7mm。本發(fā)明增加金剛石工具涂層厚度的制備方法的優(yōu)點(diǎn)為①采用逐層加網(wǎng)的方法制備厚涂層的金剛石工具，由于絲網(wǎng)的附著力(絲網(wǎng)在釬 焊時(shí)未熔化)，高溫釬焊時(shí)金剛石涂層熔化也不會(huì)外溢流淌，釬焊后金剛石涂層厚度均勻。 釬焊時(shí)，未熔的絲網(wǎng)阻止了大量的金剛石顆粒在涂層熔化液中上浮，使涂層內(nèi)部金剛石顆 粒分布均勻，增加了金剛石工具的使用壽命。絲網(wǎng)也可以使熔化的涂層熔化液在涂層內(nèi)部 得以相互滲透補(bǔ)充，減少涂層內(nèi)部缺陷。②本發(fā)明用BNi2作為主要釬料，同時(shí)加入適量的Cr和102助焊劑，可以很好的潤(rùn) 濕金剛石，實(shí)現(xiàn)金剛石顆粒與涂層以及涂層與鋼基體的良好固結(jié)。制作工藝簡(jiǎn)單，操作方 便，可以大大縮短制作時(shí)間。③材料簡(jiǎn)單，只用了 Cr、102助焊劑、BNi2和不銹鋼絲網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)，配制方法簡(jiǎn)單，操作方便，設(shè)備只用一臺(tái)真空釬焊爐即可。
具體實(shí)施例方式結(jié)合給出的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明加以具體說(shuō)明實(shí)施例1 在低碳鋼Q235基體上制備厚度為0. 9mm的金剛石涂層。金剛石工具涂層的厚度為0. 9mm，根據(jù)涂層厚度要求(按每層金剛石釬焊材料的 厚度為0. 5mm涂抹，釬焊后厚度減至原厚度的60%，釬焊后每層減至0. 3mm)加兩層鐵絲網(wǎng)。包括下列步驟①將低碳鋼Q235基體表面除去氧化皮并用丙酮清洗干凈，不能有氧化皮、油污和 灰塵；②選用不銹鋼絲網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)，所用金剛石顆粒為45 50目(金剛石顆粒的 平均目數(shù)為48目)，所用鐵絲網(wǎng)為48目X48目(絲網(wǎng)絲徑為0. 17mm,網(wǎng)孔尺寸為 0. 36mmX 0. 36mm)；③根據(jù)所需金剛石涂層的面積裁剪絲網(wǎng)的大小，用丙酮清洗干凈。本實(shí)施例的釬料配比為Crl0%，102助焊劑7%，BNi283%。金剛石涂層釬焊材料的配制方法把按釬料配比比例稱量好的Cr粉、102助焊劑、 BNiJg合后放入干燥的容器中，放入與釬料同等體積的金剛石顆粒，充分?jǐn)嚢柚粱旌暇鶆?后最后加入松香(添加量為釬料與金剛石體積之和的十分之一)并再次攪拌使其粘結(jié)在一 起，制成金剛石釬焊材料。金剛石工具涂層的制作方法為按上述步驟把基體和鐵絲網(wǎng)清洗干凈，在基體所 需金剛石工具涂層面積上均勻涂抹第一層厚度為0. 5mm的金剛石釬焊材料，把剪裁成金剛 石工具涂層面積大小的第一層鐵絲網(wǎng)敷在第一層金剛石釬焊材料上面。在第一層網(wǎng)上再均 勻涂抹第二層厚度為0. 5mm的金剛石釬焊材料，在第二層金剛石釬焊材料上再敷第二層鐵 絲網(wǎng)，在第二層網(wǎng)上再均勻涂抹第三層厚度為0. 5mm的金剛石釬焊材料。在最后一層釬焊 材料上面放置一石墨片，再裝入石墨模具中；然后放入真空度不低于3 X IO-2MP的真空釬焊 爐中加熱到1100°C，保溫0. 5h，隨爐冷卻。實(shí)施例2 在45鋼基體上制備厚度為1. 2mm的金剛石涂層。金剛石工具涂層的厚度為1. 2mm，根據(jù)涂層厚度要求(按每層金剛石釬焊材料的 厚度為0. 5mm涂抹，釬焊后每層減至0. 3mm)加三層鐵絲網(wǎng)。所選金剛石和鐵絲網(wǎng)規(guī)格同實(shí)施例1。本實(shí)施例的釬料配比為Cr 12%，102助焊劑9%，8慰279%。金剛石涂層釬焊材料的配制方法同實(shí)施例1。金剛石工具涂層制作方法為金剛石工具的制作方法同實(shí)施例1，只是要加三層 鐵絲網(wǎng)均勻涂抹四層金剛石釬焊材料和在真空釬焊爐中加熱到1000°C。實(shí)施例3 在低碳鋼Q235基體上制備厚度為1. 5mm的金剛石涂層。金剛石工具涂層的厚度為1. 5mm，根據(jù)涂層厚度要求(按每層金剛石釬焊材料的 厚度為0. 5mm涂抹，釬焊后每層減至0. 3mm)加四層鐵絲網(wǎng)。本實(shí)施例的釬料配比為Cr 15%，102助焊劑12%，8附273%。金剛石涂層釬焊材料的配制方法同實(shí)施例1。
金剛石工具涂層制作方法為金剛石工具的制作方法同實(shí)施例1，只是要加四層 鐵絲網(wǎng)均勻涂抹五層金剛石釬焊材料以及在真空釬焊爐中加熱到1050°C。實(shí)施例4 在低碳鋼Q235基體上制備厚度為0. 8mm的金剛石涂層。金剛石工具涂層的厚度為0. 8mm，根據(jù)涂層厚度要求(按每層金剛石釬焊材料的 厚度為0. 7mm涂抹，釬焊后每層減至0. 4mm)加一層鐵絲網(wǎng)。本實(shí)施例的釬料配比為Crl5%，102助焊劑9%，BNi276%。金剛石涂層釬焊材料的配制方法同實(shí)施例1。金剛石工具涂層制作方法為金剛石工具的制作方法同實(shí)施例1，只是要加一層 鐵絲網(wǎng)均勻涂抹兩層厚度為0. 7mm的金剛石釬焊材料。實(shí)施例5 在45鋼基體上制備厚度為1. 6mm的金剛石涂層。金剛石工具涂層的厚度為1. 6mm，根據(jù)涂層厚度要求(按每層金剛石釬焊材料的 厚度為0. 7mm涂抹，釬焊后每層減至0. 4mm)加三層鐵絲網(wǎng)。所選金剛石和鐵絲網(wǎng)規(guī)格同實(shí)施例1。本實(shí)施例的釬料配方為Crl0%，102助焊劑9%，BNi281%。金剛石涂層釬焊材料的配制方法同實(shí)施例1。金剛石工具涂層制作方法為金剛石工具的制作方法同實(shí)施例1，只是要加三層 鐵絲網(wǎng)均勻涂抹四層厚度為0. 7mm的金剛石釬焊材料和在真空釬焊爐中加熱到1050°C，保 溫Ih，隨爐冷卻。
權(quán)利要求
一種增加金剛石工具涂層厚度的制備方法，其特征在于包括下列步驟①提供一鋼基體；基體表面除去氧化皮并用丙酮清洗干凈，不能有氧化皮、油污和灰塵；②選用不銹鋼絲網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)，所選絲網(wǎng)的目數(shù)和金剛石顆粒平均目數(shù)相等；③確定金剛石工具涂層的厚度，并根據(jù)金剛石工具涂層的厚度確定涂層的層數(shù)，對(duì)應(yīng)每一層涂層鋪敷一層不銹鋼絲網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)；④根據(jù)所需金剛石涂層的面積裁剪絲網(wǎng)，使得到的絲網(wǎng)的平面面積與所需金剛石涂層的表面面積一致，用丙酮清洗干凈；⑤按Cr粉10％ 15％，102助焊劑7％ 12％，BNi273％ 83％的質(zhì)量百分比把釬焊材料混合后加入同等體積的金剛石顆粒再次混合均勻，制成金剛石釬焊材料；再向其中加入松香使混合均勻的金剛石釬焊材料粘結(jié)在一起；所加入松香的體積為金剛石釬焊材料體積的十分之一；⑥把配制好的金剛石釬焊材料用逐層加網(wǎng)的方式涂在低碳鋼基體和不銹鋼絲網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)上，對(duì)應(yīng)每一層涂層鋪敷一層不銹鋼絲網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)；即在每一層涂層表面鋪敷一層不銹鋼絲網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)；在真空度不低于3×10 2MP的真空釬焊爐中，加熱到溫度1000 1150℃，保溫時(shí)間0.5 1h；將金剛石釬焊材料釬焊在提供的鋼基體上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可增加金剛石工具涂層厚度的制備方法，其特征在于 所述逐層加網(wǎng)的方式為在基體所需金剛石工具涂層面積上均勻涂抹第一層金剛石釬焊材 料，把剪裁成金剛石工具涂層面積大小的第一層不銹鋼絲網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)敷在第一層金剛石釬 焊材料上面；在第一層絲網(wǎng)上再均勻涂抹第二層金剛石釬焊材料，在第二層金剛石釬焊材 料上再敷第二層絲網(wǎng)，在第二層絲網(wǎng)上再均勻涂抹第三層金剛石釬焊材料；重復(fù)上述步驟， 直至完成涂抹最后一層金剛石釬焊材料；在最后一層釬焊材料上面水平放置一石墨片，再 裝入石墨模具中；進(jìn)入真空釬焊工藝。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增加金剛石工具涂層厚度的制備方法，其特征在于涂 抹在鋼基體或不銹鋼絲網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)上每層金剛石釬焊材料的厚度為0. 5-0. 7mm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種增加金剛石工具涂層厚度的制備方法。其中釬焊材料成分為Cr粉10％-15％，102助焊劑7％-12％，BNi273％-83％(重量百分比)。把釬焊材料與金剛石顆粒機(jī)械混合至均勻制成金剛石釬焊材料，然后加入少量松香使其粘結(jié)在一起。采用逐層加網(wǎng)的方式增加金剛石釬焊材料的厚度。然后在真空條件下釬焊，實(shí)現(xiàn)金剛石顆粒與鋼基體的固化焊接。通過(guò)加網(wǎng)的方法可以制備厚涂層的金剛石工具，且涂層內(nèi)金剛石顆粒分布均勻，增加了金剛石工具的使用壽命。絲網(wǎng)也可以使熔化的涂層熔化液在涂層內(nèi)部得以相互滲透補(bǔ)充，減少涂層內(nèi)部缺陷。
文檔編號(hào)B23P5/00GK101913049SQ20101024653
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月6日
發(fā)明者任鳳章, 李鋒軍, 段華榮, 肖麗麗, 蔡安克, 閆焉服 申請(qǐng)人:中國(guó)一拖集團(tuán)有限公司