[發明專利]用于立方氮化硼磨粒的無熱損傷活性釬焊方法及所用釬焊材料

無效

• 申請號: 201210161629.5
• 申請日: 2012-05-22
• 公開（公告）號: CN102699565A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 丁文鋒;徐九華;苗情;楊長勇;蘇宏華;傅玉燦
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B23K35/30
• 分類號: B23K35/30;B23K1/008;B24D18/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 曹翠珍

技術領域

本發明涉及用于立方氮化硼（CBN）磨粒的無熱損傷活性釬焊方法及所用的材料，可用于制作單層釬焊CBN磨具，屬于超硬磨粒工具制備技術領域。

背景技術

立方氮化硼（CBN）超硬磨料具有“三高一好”（硬度、熱穩定性和化學惰性高、導熱性好）的優點。與金剛石超硬磨具相比，由CBN磨粒制作的各型固結磨料磨具在鈦合金、高溫合金等高強韌性難加工材料磨削加工中具有更廣闊的應用前景。但是，對于傳統多層樹脂、陶瓷和金屬結合劑CBN磨具、以及單層電鍍CBN磨具而言，由于磨粒與結合劑層之間僅僅依靠機械鑲嵌作用結合，對CBN磨粒的把持力不足，導致重負荷磨削過程中磨粒極易過早脫落，磨具壽命和耐用度不理想，同時磨削效率（材料去除率）也受到限制。為了充分發揮CBN磨粒的超強耐磨性能，提出了單層釬焊CBN磨具的研究構想，期望通過CBN磨粒、活性釬料、磨具基體之間的化學結合實現磨具對磨粒的牢固把持，以此滿足難加工材料高效重負荷磨削加工對磨具磨粒把持強度的高要求。此外，單層釬焊CBN磨具還能夠避免樹脂磨具結合劑材料耐熱性差、強度低，陶瓷磨具結合劑容易局部脆性崩碎、甚至大塊碎裂，而金屬結合劑磨具雖強度高，但自銳性太差、修整極其困難等弊端，同時也能夠滿足超高速磨削對磨具旋轉安全性的要求，可用于高速超高速磨削。

需要指出的是，普通單層釬焊CBN磨具通常選用Ag、Cu、Ti三種元素的重量百分比分別為68.4%、26.6%、5%的Ag-Cu-Ti合金釬料，需要加熱到920℃、保溫5min。雖然能夠實現對CBN磨粒的牢固把持，但存在著無法克服的內在問題。也就是，由于CBN磨粒、Ag-Cu-Ti合金釬料之間存在顯著的熱膨脹系數差異，分別為4.55×10^-6K^-1、20×10^-6K^-1，導致焊后CBN磨粒內部存在較大的殘余應力，進而產生磨粒熱損傷，降低磨粒的強度與耐磨性，甚至于使CBN磨粒直接產生微裂紋。這種情況顯著降低了單層釬焊CBN磨具的加工性能，包括工具壽命、磨削表面粗糙度、材料去除率等遠低于預期值。

發明內容

本發明的目的是提供一種可用于立方氮化硼（CBN）磨粒的無熱損傷活性釬焊方法，提高所制作的單層釬焊CBN磨具的工具壽命和材料去除率、以及加工質量。

本發明的另一個目的在于提供一種用于立方氮化硼磨粒的無熱損傷活性釬焊材料。

為實現以上目的，本發明的技術方案如下：

用于立方氮化硼磨粒的無熱損傷活性釬焊材料，其特征在于，由以下原料組成：Ag-Cu-Ti合金粉末92重量%-96重量%、TiC顆粒4重量%-8重量%。

Ag-Cu-Ti合金粉末Ag、Cu、Ti三種元素的重量百分比分別為66.2%、25.8%、8%；TiC顆粒的尺度為亞微米級（介于100nm-5μm）；

與現有技術所采用的材料相比較，Ag-Cu-Ti合金粉末，Ti的含量提高，功能在于增強在較低的最高加熱溫度（890-910℃）與CBN磨粒之間的化學反應能力；

其中，Ag-Cu-Ti合金起與CBN磨粒發生化學反應、實現對磨粒牢固把持的活性釬料作用。

本發明是利用TiC顆粒的熱膨脹系數（6.52×10^-6K^-1）介于CBN磨粒的熱膨脹系數(4.55×10^-6K^-1)與Ag-Cu-Ti合金的熱膨脹系數(20×10^-6K^-1）的優勢，通過向Ag-Cu-Ti合金粉末中加入亞微米級TiC顆粒制成復合釬料釬焊CBN磨粒，從而緩解CBN磨粒與Ag-Cu-Ti合金之間因熱膨脹系數差異過大（即熱膨脹系數失配）而導致的釬焊CBN內部殘余應力過大、進而使磨粒熱損傷的問題。

同時，與納米尺度（小于100nm）和微米尺度（大于5μm）的TiC顆粒相比，本發明選用的亞微米尺度（100nm-5μm）TiC顆粒既避免了納米尺度TiC顆粒容易聚團而影響對釬焊CBN磨粒的把持強度，又克服了微米尺度TiC顆粒易降低磨具結合劑層（釬料層）強度的弊端。

用于立方氮化硼（CBN）磨粒的無熱損傷活性釬焊方法，其特征在于：

首先將Ag-Cu-Ti合金粉末與TiC粉末機械混合；

然后將混合粉末排布于磨具基體表面，粉末厚度為0.4~0.6mm；

然后將立方氮化硼（CBN）磨粒均勻排布于混合粉末之上，再將整個試樣放入真空加熱爐；