專利名稱：單層超硬磨料工具的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單層超硬磨料工具的制造方法。
背景技術(shù)：
由超硬材料(金剛石或立方氮化硼)制成的磨削工具耐磨性和加工效率最高，已廣泛應(yīng)用于幾乎所有金屬加工和非金屬加工行業(yè)。目前，超硬材料工具主要是將超硬材料用結(jié)合劑(金屬、陶瓷、樹脂等)燒結(jié)在工具基體上，或單層電鍍在基體表面。由于超硬材料與結(jié)合劑之間屬機(jī)械包鑲，不能牢固把持超硬材料顆粒，致使工具在工具過程中超硬材料除破碎、折斷外絕大多數(shù)在出刃高度不到粒徑1/2時脫落。超硬材料實(shí)際上只發(fā)揮了其工作效能的20％，而80％的昂貴超硬材料脫落后難以再回收利用。電鍍單層超硬磨料工具，制備容易，出刃好，切削能力強(qiáng)，無需修整，使用最為方便。這些優(yōu)勢使得它在超硬磨料工具的生產(chǎn)和應(yīng)用中一直占有相當(dāng)大的份額，在高速特別是超高速磨削加工中，占據(jù)著無可爭議的主導(dǎo)地位。然而，電鍍單層砂輪最突出的缺陷是電鍍砂輪結(jié)合強(qiáng)度不高。在鍍層金屬與基體和磨料的界面上由于并不存在牢固的化學(xué)冶金結(jié)合，磨料只是被機(jī)械式包埋鑲嵌在鍍層金屬中，因而把持力小，在負(fù)荷較重的高效磨削作業(yè)中，砂輪容易因磨粒脫落或鍍層成片剝落而導(dǎo)致整體失效。為了增加把持力，必須增加鍍層厚度，減小磨粒的裸露高度，但這樣將導(dǎo)致容屑空間減小，砂輪容易發(fā)生堵塞。更嚴(yán)重的是，使用電鍍砂輪無疑會帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，不利于國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。
為充分發(fā)揮單層超硬磨料工具的優(yōu)勢，以高溫釬焊替代電鍍工藝的新型單層高溫釬焊超硬磨料(金剛石和CBN)工具，試圖在結(jié)合界面上實(shí)現(xiàn)化學(xué)冶金結(jié)合，從根本上改善磨料、結(jié)合劑(釬焊合金材料)、基體三者間的結(jié)合強(qiáng)度，界面結(jié)合強(qiáng)度極高，磨料裸露高度可達(dá)到磨粒高度的70％-80％，磨粒間的容屑空間大，在高速高效率磨削中能夠承受較大的負(fù)荷。但是目前有關(guān)高溫釬焊法制造單層超硬磨料工具或要求高質(zhì)量的金剛石，或工藝繁瑣，限制使用條件多，或在實(shí)際使用時難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是對上述單層超硬磨料工具的制造方法進(jìn)行改進(jìn)，提供一種工藝簡單的單層超硬磨料工具的制造新方法。同傳統(tǒng)方法相比，燃燒合成法，即自蔓延高溫合成法(SelfPropagating High temperature Synthesis，簡稱SHS)制備材料新技術(shù)的顯著特點(diǎn)是工藝簡單，過程時間短(可在幾秒內(nèi)完成)；合成物污染少，純度高；最大限度地利用材料合成過程中的化學(xué)能，節(jié)約能源；能集材料合成與燒結(jié)為一體。
本發(fā)明的目的還在于提供一種降低反應(yīng)過程中的氧化問題對焊接質(zhì)量造成影響的方法。
本發(fā)明的進(jìn)一步目的還在于制造出磨削性能高、成本低的單層超硬磨料制品。
本發(fā)明提供的單層超硬材料工具制造方法，包括如下步驟(1)由Ni、Al、Ti任意兩者之間或三者金屬粉按一定的比例均勻混合，混合時可添加比例小于15％的其他金屬(Mo、Mn、Sn等)或非金屬(B、Si、P等)，制備成混合粉；(2)將超硬磨料與混合粉均勻混合，制備成超硬磨料混合粉；(3)將超硬磨料混合物置于工具基體上；(4)用加熱設(shè)備點(diǎn)燃超硬磨料混合粉；(5)制成單層工具。
本發(fā)明所述金屬粉Ni與Al的比例是1∶1～3∶1或1∶1～1∶3，Ni與Ti的比例是1∶1～3∶1或1∶1～1∶2，Al與Ti的比例是1∶1～3∶1或1∶1～1∶3。
本發(fā)明所述的單層超硬磨料工具制造方法，超硬磨料為金剛石或立方氮化硼(CBN)。
本發(fā)明所述的單層超硬磨料工具制造方法，超硬磨料混合粉的混合或直接放置于工具基體上，或用粘結(jié)劑混合并涂于工具基體上，或?qū)⒊材チ匣旌戏蹓褐朴诠ぞ呋w上或壓制后放置于基體上。
本發(fā)明所述的單層超硬磨料工具制造方法，加熱方式包括感應(yīng)、電阻、激光、輻射等，不僅僅局限于以上加熱方式。
本發(fā)明所述的單層超硬磨料工具制造方法，加熱方式必須點(diǎn)燃超硬磨料混合粉。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)之一在于使用常用市售的普通Ni、Al、Ti、B、Si、Mo、Sn、Mn粉等。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)之一還在于金剛石可無須鍍膜處理。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)之一是采用常用的金屬粉或非金屬粉、簡單的混合方式和常用的加熱方式。
本發(fā)明主要的一個優(yōu)點(diǎn)是燃燒合成過程中放熱和冷卻均迅速完成，產(chǎn)物在原位合成。所以只需很短的時間即可在超硬材料、金屬粉和基體間實(shí)現(xiàn)牢固的化學(xué)冶金結(jié)合，另外由于燃燒合成是局部放熱，還可以避免母材中裂紋的擴(kuò)展，對超硬磨料的熱損傷較小。成本低，工藝簡單，可降低的制造成本和制造工藝的復(fù)雜性。
具體實(shí)施例方式
下面通過某些代表性的例子進(jìn)一步說明本發(fā)明，但不限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例一將20％的40/50金剛石和80％的1∶1的Al、Ti混合粉末均勻混合并壓制成薄片于工具基體上，壓力為50MPa，用高頻感應(yīng)釬焊爐在空氣中加熱工具基體并點(diǎn)燃混合體系，反應(yīng)時間為15s。從燃燒合成后的金剛石磨片的形貌可以看出最終產(chǎn)物較為均勻致密，金剛石、胎體材料與工具基體結(jié)合牢固，金剛石保持較好的晶形，金剛石的出刃良好。對制成的金剛石磨片進(jìn)行了手工砂紙磨削實(shí)驗(yàn)和機(jī)械磨削大理石實(shí)驗(yàn)。重負(fù)荷磨削大理石10分鐘，金剛石磨粒為正常磨損，沒有脫?，F(xiàn)象。
實(shí)施例二將20％的40/50目金剛石和80％的1∶1的Ni、Ti混合粉末混勻并壓制成薄片放置于鋼基體上，壓力為50Mpa，在真空爐中點(diǎn)燃混合體系，在800℃保溫5min。產(chǎn)物基本上在原位合成，金剛石仍保持較好的晶形。通過對產(chǎn)物進(jìn)行XRD分析，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)多種鋁、鎳金屬的衍射峰，表明了在體系熔化燒結(jié)過程中生成了各種金屬間化合物，胎體材料與金剛石結(jié)合牢固，手工磨削，金剛石磨粒不脫落。
實(shí)施例三將20％的100目CBN和80％的1∶1的Ni、Ti混合粉末混勻并壓制成薄片放置于鋼基體上，壓力為50Mpa，用高頻感應(yīng)釬焊爐點(diǎn)燃混合體系，反應(yīng)時間15s。反應(yīng)后CBN仍保持較好的晶形，通過對產(chǎn)物進(jìn)行XRD分析，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)多種鎳、鈦金屬的衍射峰，表明了在體系熔化燒結(jié)過程中生成了各種金屬間化合物。手工磨削，金剛石磨粒不脫落。
實(shí)施例四將20％的40/50金剛石和80％的3∶1的Ni、Al混合粉末混勻，用粘結(jié)劑調(diào)制均勻涂于鋼基體上，用電阻爐點(diǎn)燃混合體系，在780℃保溫5min。反應(yīng)后金剛石仍保持較好的晶形，通過對產(chǎn)物進(jìn)行XRD分析，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)多種鎳、鋁金屬的衍射峰，表明了在體系熔化燒結(jié)過程中生成了各種金屬間化合物，胎體材料與金剛石結(jié)合牢固，手工磨削，金剛石磨粒不脫落。
實(shí)施例五將20％的40/50金剛石和75％的1∶2的Ni、Ti混合粉并添加5％的B、Si混勻，用粘結(jié)劑調(diào)制均勻涂于鋼基體上，用真空爐中點(diǎn)燃混合體系，在750℃保溫5min。反應(yīng)后金剛石仍保持較好的晶形，通過對產(chǎn)物進(jìn)行XRD分析，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)多種鎳、鈦金屬的衍射峰，表明了在體系熔化燒結(jié)過程中生成了各種金屬間化合物，胎體材料與金剛石結(jié)合牢固，手工磨削，金剛石磨粒不脫落。
實(shí)施例六將20％的40/50金剛石和70％的1∶3的Al、Ti混合粉并添加10％的Sn、B、Si混勻，并放置于鋼基體上，在真空爐中點(diǎn)燃混合體系，在750℃保溫5min。反應(yīng)后金剛石仍保持較好的晶形，通過對產(chǎn)物進(jìn)行XRD分析，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)多種鋁、鈦金屬的衍射峰，表明了在體系熔化燒結(jié)過程中生成了各種金屬間化合物，胎體材料與金剛石結(jié)合牢固，手工磨削，金剛石磨粒不脫落。
權(quán)利要求
1.一種單層超硬磨料工具的制造方法，其特征包括如下步驟(1)由Ni、Al、Ti任意兩者之間或三者金屬粉按一定的比例均勻混合，混合時可添加比例小于15％的其他金屬(Mo、Mn、Sn)或非金屬(B、Si、P)，制備成混合粉；(2)將超硬磨料與混合粉均勻混合，制備成超硬磨料混合粉；(3)將超硬磨料混合粉置于工具基體上；(4)用加熱設(shè)備點(diǎn)燃超硬磨料混合粉；(5)制成單層工具。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單層超硬磨料工具制造方法，其特征在于上述金屬粉Ni與Al的比例是1∶1～3∶1或1∶1～1∶3，Ni與Ti的比例是1∶1～3∶1或1∶1～1∶2，Al與Ti的比例是1∶1～3∶1或1∶1～1∶3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單層超硬磨料工具制造方法，其特征在于上述超硬磨料是金剛石或立方氮化硼(CBN)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單層超硬磨料工具制造方法，其特征在于上述超硬磨料混合粉或直接放置于工具基體上，或用粘結(jié)劑混合并涂于工具基體上，或?qū)⒊材チ匣旌戏蹓褐朴诠ぞ呋w上或壓制后放置于基體上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單層超硬磨料工具制造方法，其特征在于上述加熱方式包括感應(yīng)、電阻、激光、輻射等，不僅僅局限于以上加熱方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的單層超硬磨料工具制造方法，其特征在于上述加熱方式必須點(diǎn)燃超硬磨料混合粉。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單層超硬磨料工具的制造方法，由Ni、Al、Ti任意兩者之間或三者金屬粉按一定的比例均勻混合，混合時可添加比例小于15％的其他金屬(Mo、Mn、Sn)或非金屬(B、Si、P)，制備成混合粉，將超硬磨料與混合粉均勻混合，制備成超硬磨料混合粉，將超硬磨料混合粉置于工具基體上，用加熱設(shè)備點(diǎn)燃超硬磨料混合粉，制成單層工具；該制造方法反應(yīng)速度快，產(chǎn)物在原位合成，制造工藝簡單，成本低，容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
文檔編號B24D18/00GK1810420SQ20051003291
公開日2006年8月2日 申請日期2005年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月27日
發(fā)明者王成勇, 張鳳林, 付凱旋, 周玉梅 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)