專利名稱：采用鎳基釬料熱噴焊制備單層金剛石的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高溫釬焊技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鎳基釬料熱噴焊制備單層金剛石工具的方法，制備的工具適用于石材、陶瓷、玻璃等硬脆性材料加工。
背景技術(shù)：
金剛石具有最高的硬度、高耐磨性、高導(dǎo)熱性、低摩擦系數(shù)、低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)異性能，廣泛應(yīng)用于磨削、切削和精密加工等領(lǐng)域。目前，單層高溫釬焊金剛石工具制作工藝主要依靠真空釬焊完成的，但真空釬焊實際應(yīng)用中卻存在如下局限性釬焊過程中加熱、冷卻時間長，致使制造生產(chǎn)的周期變長， 費時耗能，金剛石磨粒長時間處于高溫液態(tài)釬料中會使磨粒受到較大的熱損傷，同時受爐腔尺寸限制，無法釬焊大型的工具，同時在加熱過程中基體變形較大，不利于提高加工精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種單層熱噴焊金剛石工具的制備方法，以解決真空釬焊中存在的釬焊周期長、釬焊工具變形較大、尺寸受限等問題。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
本發(fā)明的采用鎳基釬料熱噴焊制備單層金剛石工具的方法，具體包括如下步驟
(1)金剛石工具基體制備根據(jù)制備金剛石工具基體的要求，選擇45#鋼為制備金剛石工具的基體，按照金剛石工具圖形對45#鋼基體進(jìn)行機械加工成型，對將要進(jìn)行等離子噴焊的表面進(jìn)行清理，除油、除銹處理；
(2)將高溫釬料噴焊到工具基體表面利用等離子噴焊機向單層金剛石工具基體噴焊熔融態(tài)高溫釬料；
(3)向熔融態(tài)高溫釬料中加入金剛石顆粒向工具基體表面熔融態(tài)高溫釬料中加入金剛石磨粒；
(4)釬焊金剛石工具熔融態(tài)高溫釬料與金剛石顆粒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，在保護(hù)氣氛中快速凝固形成單層金剛石工具。金剛石與液態(tài)的鎳基釬料在高溫瞬間相互擴(kuò)散形成化學(xué)冶金結(jié)合，鎳基釬料中的Cr元素在金剛石表面富集，并與金剛石中的C元素反應(yīng)主要生成斷續(xù)的Cr3C2化合物。步驟(2)中等離子熱噴焊機功率為50(Tl000W，優(yōu)選為900W，其電流為9(Γ130Α，等離子束掃描速度為4(T80mm/min，優(yōu)選為45mm/min，等離子束直徑為4_7mm，優(yōu)選為6mm。步驟(3)采用噴嘴或漏斗向工具基體表面熔融態(tài)高溫釬料中加入金剛石磨粒，噴嘴或漏斗口距熱噴焊機的噴嘴距離為5-10mm。本發(fā)明采用的設(shè)備主要有等離子熱噴焊機、數(shù)控加工機床。本發(fā)明是一種單層熱噴焊金剛石工具的制備方法，使用等離子噴焊機噴焊高溫釬料粉末，采用機械的方法均勻的向熔融態(tài)高溫釬料中直接的加入金剛石顆粒，然后在保護(hù)氣氛中快速冷卻形成，這樣可以縮短釬料與金剛石之間的反應(yīng)時間，在形成化學(xué)冶金結(jié)合的同時，減少金剛石顆粒的氧化和熱損傷。另外，在制備工具的過程中，加熱和冷卻速度較快，具有較高的工具生產(chǎn)效率。熱噴焊以移動的高能束為熱源，通過特制的噴槍將具有特殊性能的合金粉末加熱到熔融狀態(tài)，然后以較高的速度噴射到經(jīng)過凈化預(yù)處理的零件表面上，獲得均勻致密的特殊涂層。采用能量密度高、升降溫速度快的等離子束作為熱源，可以局部加熱，熱影響區(qū)小，成本小，利用熱噴焊在金屬材料表面能夠形成熔融的液態(tài)金屬熔池，向熔池中實時加入金剛石磨粒，冷卻后形成化學(xué)冶金結(jié)合的單層金剛石工具。該方法在高溫環(huán)境下暴露的時間很短，能夠有效控制金剛石的熱損傷。本發(fā)明在實現(xiàn)金剛石顆粒、釬料和工具基體之間的化學(xué)冶金結(jié)合的同時，可以大大降低金剛石顆粒的氧化和熱損傷，使金剛石工具的優(yōu)異性能得到充分發(fā)揮。其生產(chǎn)效率較高，具有較高的結(jié)合強度，金剛石出露較高，可以實現(xiàn)對石材、陶瓷、玻璃等脆性材料的高效加工。


圖1是按45#鋼基體、鎳基釬料、金剛石放入的金剛石焊接過程示意圖。實施例1
一種單層釬焊金剛石工具的制備方法，具體步驟如下 (1)金剛石工具基體制備
根據(jù)制備金剛石工具基體的要求，選擇45#鋼為制備金剛石工具的基體1，按照金剛石工具圖形對45#鋼基體進(jìn)行機械加工成型，對將要進(jìn)行等離子噴焊的表面進(jìn)行清理，除油、 除銹。(2)將Ni-Cr合金噴焊到工具基體表面
Ni-Cr 合金選用 Ni-Cr-B-Si 合金，其中 Crl7%，B3. 5%, Si4. 0%, Cl%, Fe<5. 0%，余量為 Ni，將Ni-Cr合金在干燥箱中在200°C保溫30分鐘除去水分。利用PTA-400E型粉末等離子噴焊機將M-Cr合金噴焊到工具基體45#鋼表面，形成鎳基釬料層2。噴焊機功率為500W， 噴焊速度為60mm/min，噴嘴5到工具基體的距離為8_10mm，送粉量為120g/min，電離氣為 180L/H和保護(hù)氣為300L/H時。(3)向熔融態(tài)Ni-Cr合金中加入金剛石顆粒
在熔融態(tài)的Ni-Cr合金在工具基體45#鋼表面凝固之前，采用噴嘴4在相同的時間間隔內(nèi)向工具基體表面熔融態(tài)高溫釬料中加入金剛石磨粒，噴嘴或漏斗口距熱噴焊機的噴嘴距離為5-10mm。(4)釬焊金剛石工具
加入到熔融態(tài)的Ni-Cr合金中的金剛石顆粒與熔融態(tài)的Ni-Cr合金發(fā)生化學(xué)冶金結(jié)合，采用一開口充滿氬氣的平底容器，將被處理基體放入，氬氣密度較重，可形成保護(hù)氣氛。 在保護(hù)氣氛中快速冷卻制備金剛石工具。實施例2
一種單層釬焊金剛石工具的制備方法，具體步驟如下 (1)金剛石工具基體制備根據(jù)制備金剛石工具基體的要求，選擇45#鋼為制備金剛石工具的基體1，按照金剛石工具圖形對45#鋼基體進(jìn)行機械加工成型，對將要進(jìn)行等離子噴焊的表面進(jìn)行清理，除油、 除銹。(2)將Ni-Cr合金噴焊到工具基體表面
Ni-Cr合金選用Ni-Cr-P合金粉末，其中Cr 15%，Pl 1%，余量為Ni。將Ni-Cr-P粉末在干燥箱中在200°C保溫30分鐘除去水分。利用PTA-400E型粉末等離子噴焊機將Ni-Cr合金噴焊到工具基體45#鋼表面。噴焊機功率為800W，噴焊速度為40mm/min，噴嘴到工具基體的距離為5-8mm，送粉量為130g/min，電離氣為200L/H和保護(hù)氣為380L/H時。(3)向熔融態(tài)Ni-Cr合金中加入金剛石顆粒
在熔融態(tài)的Ni-Cr合金在工具基體45#鋼表面凝固之前，采用噴嘴或漏斗向工具基體表面熔融態(tài)高溫釬料中加入金剛石磨粒，噴嘴或漏斗口距熱噴焊機的噴嘴距離為5-10mm。(4)釬焊金剛石工具
加入到熔融態(tài)的Ni-Cr合金中的金剛石顆粒與熔融態(tài)的Ni-Cr合金發(fā)生化學(xué)冶金結(jié)合，采用一開口充滿氬氣的平底容器，將被處理基體放入，氬氣密度較重，可形成保護(hù)氣氛。 在保護(hù)氣氛中快速冷卻制備金剛石工具。實施例3
一種單層釬焊金剛石工具的制備方法，具體步驟如下 (1)金剛石工具基體制備
根據(jù)制備金剛石工具基體的要求，選擇65Mn鋼為制備金剛石工具的基體，按照金剛石工具圖形對65Mn鋼基體進(jìn)行機械加工成型，對將要進(jìn)行等離子噴焊的表面進(jìn)行清理，除油、除銹。(2)將Ni-Cr合金噴焊到工具基體表面
Ni-Cr合金選用Ni-Cr-B-Si合金，Ni-Cr合金選用Ni-Cr-B-Si合金，其中Cr 13%，B 3.5%，Si 4.0%，C 0. 6%, Fe 4%，余量為Ni。將Ni-Cr合金在干燥箱中在200°C保溫30分鐘除去水分。在噴焊機功率1000W，噴焊速度為80mm/min，噴嘴到工具基體的距離為8_10mm， 送粉量為120g/min，電離氣為200L/H和保護(hù)氣為380L/H時，利用PTA-400E型粉末等離子噴焊機將Ni-Cr合金噴焊到工具基體65MN鋼表面。(3)向熔融態(tài)Ni-Cr合金中加入金剛石顆粒
在熔融態(tài)的M-Cr合金在工具基體65MN鋼表面凝固之前，采用噴嘴或漏斗向工具基體表面熔融態(tài)高溫釬料中加入金剛石磨粒，噴嘴或漏斗口距熱噴焊機的噴嘴距離為5-10mm。(4)釬焊金剛石工具
加入到熔融態(tài)的Ni-Cr合金中的金剛石顆粒與熔融態(tài)的Ni-Cr合金發(fā)生化學(xué)冶金結(jié)合，采用一開口充滿氬氣的平底容器，將被處理基體放入，氬氣密度較重，可形成保護(hù)氣氛。 在保護(hù)氣氛中快速冷卻制備金剛石工具。實施例4
一種單層釬焊金剛石工具的制備方法，具體步驟如下 (1)金剛石工具基體制備
根據(jù)制備金剛石工具基體的要求，選擇65Mn鋼為制備金剛石工具的基體，按照金剛石工具圖形對65Mn鋼基體進(jìn)行機械加工成型，對將要進(jìn)行等離子噴焊的表面進(jìn)行清理，除油、除銹。(2)將Ni-Cr合金噴焊到工具基體表面
Ni-Cr合金選用Ni-Cr-B-Si合金，Ni-Cr合金選用Ni-Cr-B-Si合金，其中Cr 13%，B 3.5%，Si 4.0%，C 0. 6%, Fe 4%，余量為Ni。將Ni-Cr合金在干燥箱中在200°C保溫30分鐘除去水分。在噴焊機功率900W，噴焊速度為45mm/min，噴嘴到工具基體的距離為8_10mm，送粉量為120g/min，電離氣為200L/H和保護(hù)氣為380L/H時，利用PTA-400E型粉末等離子噴焊機將Ni-Cr合金噴焊到工具基體65MN鋼表面。(3)向熔融態(tài)Ni-Cr合金中加入金剛石顆粒
在熔融態(tài)的Ni-Cr合金在工具基體65MN鋼表面凝固之前，步驟(3)采用噴嘴或漏斗向工具基體表面熔融態(tài)高溫釬料中加入金剛石磨粒，噴嘴或漏斗口距熱噴焊機的噴嘴距離為 5-10mmo(4)釬焊金剛石工具
加入到熔融態(tài)的Ni-Cr合金中的金剛石顆粒與熔融態(tài)的Ni-Cr合金發(fā)生化學(xué)冶金結(jié)合，采用一開口充滿氬氣的平底容器，將被處理基體放入，氬氣密度較重，可形成保護(hù)氣氛。 在保護(hù)氣氛中快速冷卻制備金剛石工具。將熱噴焊制備的單層金剛石試樣經(jīng)檢測，在金剛石表面形成了少量的碳化物 Cr3C2，工具在花崗巖上進(jìn)行重負(fù)荷磨削試驗，結(jié)果表明金剛石磨粒屬于正常磨損，沒有出現(xiàn)整顆金剛石脫落現(xiàn)象，說明基體對金剛石磨粒的把持強度較高。
權(quán)利要求
1.一種采用鎳基釬料熱噴焊制備單層金剛石工具的方法，其特征在于(1)金剛石工具基體制備根據(jù)制備金剛石工具基體的要求，選擇制備金剛石工具的基體，對基體進(jìn)行機械加工成型，對將要進(jìn)行等離子噴焊的表面進(jìn)行清理，除油、除銹處理；(2)將高溫釬料噴焊到工具基體表面利用等離子噴焊機向單層金剛石工具基體噴焊熔融態(tài)高溫釬料；(3)向熔融態(tài)高溫釬料中加入金剛石顆粒向工具基體表面熔融態(tài)高溫釬料中加入金剛石磨粒；(4)釬焊金剛石工具熔融態(tài)高溫釬料與金剛石顆粒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，在保護(hù)氣氛中快速凝固形成單層金剛石工具。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用鎳基釬料熱噴焊制備單層金剛石工具的方法，其特征在于步驟(2)中等離子熱噴焊機功率為50(Tl000W，等離子束掃描速度為4(T80mm/min，等離子束直徑為4-7mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用鎳基釬料熱噴焊制備單層金剛石工具的方法，其特征在于步驟(2)中等離子熱噴焊機的功率900W，等離子束掃描速度45mm/min，等離子束直徑為 6mm ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采用鎳基釬料熱噴焊制備單層金剛石工具的方法，其特征在于步驟(3)采用噴嘴或漏斗向工具基體表面熔融態(tài)高溫釬料中加入金剛石磨粒，噴嘴或漏斗口距熱噴焊機的噴嘴距離為5-10mm。
全文摘要
一種采用鎳基釬料熱噴焊制備單層金剛石工具的方法，具體包括(1)金剛石工具基體制備，(2)將高溫釬料噴焊到工具基體表面，(3)向熔融態(tài)高溫釬料中加入金剛石顆粒，(4)釬焊金剛石工具。本發(fā)明利用機械方法向熔融態(tài)高溫釬料中加入金剛石顆粒，在減少高溫釬焊金剛石顆粒熱損傷的同時，金剛石顆粒和釬料發(fā)生化學(xué)冶金結(jié)合，具有較高的結(jié)合強度，使金剛石顆粒的性能得到充分利用。與普通真空爐中釬焊相比，可以縮短加熱和制備時間，提高工具生產(chǎn)效率。
文檔編號B23K10/02GK102430849SQ20111035450
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月10日
發(fā)明者盧金斌, 孟普, 張旺璽, 張素香, 黃小婷 申請人:中原工學(xué)院