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單層釬焊金剛石砂輪

查看：2225 　發稿日期：2016-01-13 19:22:53

為了充分施展金剛石作用，要想法增大結合劑對金剛石把持力，進步砂輪結合強度。單層高溫釬焊超硬磨料砂輪能克服電鍍砂輪缺點，可以實現金剛石、結合劑、金屬基體三者之間化學冶金結合，具有較高結合強度，僅需將結合層厚度維持磨粒高度20%～30%就能大負荷高速高效磨削牢固地把持住磨粒，使釬焊砂輪磨粒裸露高度可達70%～80%，因而增大了容屑空間，砂輪不易堵塞，磨料利用更加充分。
與電鍍砂輪相同加工前提下，單層高溫釬焊超硬磨料砂輪磨削力、功率損耗、磨削溫度更低，意味著可達到更高工作速度，這300～500m/s以上超高速磨削有著特殊意義。單層高溫釬焊無鍍膜金剛石砂輪加Cr銀基釬料單層釬焊砂輪利用高頻感應釬焊方法，用添加有CrAg-Cu合金作為釬料，780℃空氣釬焊35s，天然冷卻，可實現金剛石與鋼基體間牢固連接。經X射線能譜及X射線衍射分析發現，Cr與金剛石之間形成Cr3C2，與鋼基體之間形成(FexCry)C，經與不加Cr釬料對比實驗證實，這實現合金層與金剛石及鋼基體間都具有較高結合強度主要因素，并通過磨削實驗證明了金剛石確有較高把持強度。
該工藝長處釬焊溫度低，對金剛石損傷小。缺點銀基釬料熔點較低，耐磨削高溫機能較差，高效重負荷磨削應用受到限制。
Ni-Cr合金單層釬焊砂輪國外金剛石釬焊工藝：首先用氧乙炔焊炬鋼基體上火焰噴涂上一層Ni-Cr合金層，這層活性金屬可作為釬料直接釬焊金剛石磨粒，然后1080℃氬氣感應釬焊30s。
火焰噴涂合金層過程，因為鋼基體表面易氧化，釬焊后結合劑層厚度一致性磨料排布平均性尚難于有效控制。
武志斌等將金剛石磨粒直接排布Ni-Cr合金片或粉末上，用陶瓷塊壓住金剛石磨粒，然后真空高頻感應機上釬焊30s，釬焊溫度為1080℃；或者氬氣保護輻射加熱爐內進行釬焊，適當控制釬焊溫度、保溫時間冷卻速度。
利用掃描電鏡X射線能譜及X射線衍射結構分析發現，釬焊過程，Ni-Cr合金Cr元素分離出來金剛石表面形成富Cr層，并與金剛石表面-元素反應天生Cr3C2Cr7C3，合金層與金剛石良好浸潤同時與鋼基體反應天生(FexCry)C碳化物，因此這種釬焊工藝可以確保合金層與金剛石及鋼基體之間都能獲得較高結合強度。
通過重負荷磨削實驗證實了金剛石為正常磨損，沒有整顆金剛石脫落。這種工藝長處：Ni-Cr合金本身強度高，釬焊后可獲得比銀基合金釬焊更高結合強度；Ni-Cr合金熔點高，耐磨削高溫機能好。但它仍有一定局限性，因釬焊溫度高(1080℃)，易造成金剛石熱損傷而降低金剛石強度，采用真空前提或氬氣保護進行釬焊可盡量減小金剛石熱損傷氧化。
馬楚凡等選用NiCr13P9合金為活性釬料，同時加入少量Cr粉，真空爐內加壓加熱到950℃進行釬焊，研制了牙科專用單層高溫釬焊金剛石砂輪。
利用掃描電鏡觀察顯示金剛石附近有銀白色合金包繞，X射線衍射分析證明有Cr3C2天生，正這個碳化物層實現了金剛石與鋼基體間較高結合強度。磨削實驗也證明金剛石確有高把持強度，單層高溫釬焊金剛石砂輪壽命及磨削效率較電鍍砂輪有了顯著進步。
單層高溫釬焊鍍膜金剛石砂輪因為金剛石熱不亂性差，800℃時就會發生石墨化轉變，所以較高釬焊溫度勢必會造成金剛石熱損傷而使金剛石強度下降；同時結合劑有害元素會使金剛石侵蝕石墨化，因此可金剛石表面先鍍上一層活性金屬及其合金后再進行釬焊。超硬磨料鍍覆技術主要有化學氣相沉積、離子鍍、熱蒸鍍、真空微蒸發鍍等。
化學氣相沉積Cr、真空微蒸發鍍Ti等可有效改善金剛石表面機能。釬焊過程，憑借鍍層介作用，除了更易實現金剛石與結合劑間強力冶金化學結合外，因為鍍層對熱空氣氧阻隔作用而使金剛石表面碳原子與氧反應速度大大降低，同時鍍層強碳化物形成元素與金剛石表面碳原子反應天生碳化物，封鎖了金剛石表面懸鍵，增大了氧化反應阻力，從而按捺了結合劑Fe、Co、Ni等元素對金剛石侵蝕金剛石本身石墨化過程，使釬焊后磨料仍能保持原來強度晶型。
釬焊時首先鋼基體上預鍍覆一層Ni-P合金(熔點為880℃)，然后將鍍膜金剛石排布合金層上，1050℃氬氣釬焊5min，再冷卻至室溫。磨削試驗表明，因為鍍膜金剛石與結合劑良好浸潤性，有效地避免了磨粒脫落，大大改善了砂輪磨削機能，實現了砂輪壽命加工效率大幅度進步。
但應指出，因為鍍膜金剛石與結合劑間存著適應性題目，因此只有合適結合劑工藝才能使鍍膜金剛石達到最佳物理力學機能。單層高溫釬焊砂輪存題目及應對措施海內外對單層高溫釬焊砂輪研究雖已取得了較好實驗結果，但其制造工藝還有待于進一步完善。目前存題目主要表現為：一采用何種釬料釬焊工藝才能使金剛石結合界面上產生具有較高結合強度化學冶金結合；二結合劑層相宜厚度與平均性控制；三磨料公道有序排布。對于進步金剛石與釬料結合強度來說，其樞紐釬焊過程金剛石、釬料、金屬基體三者間能夠產生化學冶金結合，因此合金釬料應含有強碳化物形成元素，(如Ti、Cr、V等)，并爭取較低溫度下進行釬焊，盡量減小對金剛石損傷。
研制公道釬料合金配方開發單層釬焊砂輪應首先解決題目。產業化出產釬焊砂輪過程，嚴格控制結合劑層厚度及平均性十分必要。釬焊前應對金屬基體表面進行去氧化膜處理，對金剛石釬料應去油去污。釬料含有強碳化物形成元素并添加適量BSi可降低釬料熔點，進步釬料活動性浸潤性；采用粉狀釬料，真空前提(或惰性氣體保護)下進行釬焊。
釬焊前磨料有序排布釬料布料厚度一致性對進步釬焊后結合劑層厚度平均性亦十分重要。砂輪工作面上磨料公道有序排布一直磨具行業致力追求目標，并有望單層超硬磨料砂輪上實現。
開發釬焊砂輪過程，首先按照加工前提要求，優化設計出砂輪最佳地貌，然后根據優化結果排布磨料就有可能使開發出釬焊砂輪磨削機能達到更高水平。模板上加工出孔徑與金剛石磨粒直徑相稱、深度為金剛石高度70%有規律排布孔，按孔排布好金剛石，合金釬料熔化后厚度約為金剛石高度30%。這種利用孔模板來實現釬焊工藝不僅可以保證磨粒有序排布(等高性好)，而且還可保證金剛石有70%出露高度。但其產業出產推廣應用尚需進一步研究。

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