[發明專利]一種新型多層釬焊超硬磨料工具的制備方法

在審

• 申請號: 201711376426.7
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN108161781A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 肖冰;王波;肖博
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B24D18/00
• 分類號: B24D18/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔;王慧穎

本發明公開了一種新型多層釬焊超硬磨料工具的制備方法，屬于超硬磨料工具制造領域，步驟如下：1）將稀釋材料與釬焊焊料按配混成復合料；2）將超硬磨粒進行制粒包裹，并用水溶性粘結劑粘接固定；3）將包裹后超硬磨料的復合體與填充材料、釬焊焊料、水溶性粘結劑混合均勻；4）放入模具加壓定型；5）將成型的胚塊加熱釬焊；此方法通過控制釬焊超硬磨料的釬焊區域的大小來間接控制單顆磨粒的釬焊強度，并通過填充材料的結構搭配，實現了多層釬焊的多層可持續加工性能，提高釬焊超硬磨料工具的壽命；且制備工藝簡單，質量穩定易控制，工序可標準化，適于工業化批量生產。

技術領域

本發明屬于超硬磨料工具制造領域，具體是指一種新型多層釬焊超硬磨料工具的制備方法。

背景技術

傳統的以金剛石工具為代表的超硬磨料工具可以分為電鍍工具與燒結工具兩大類，它們各有所長。但是由于金剛石表面存在較高的表面能，難與一般金屬浸潤，磨粒與胎體金屬間的界面不存在牢固的冶金結合層。胎體對磨粒的把持力小，極易因胎體磨損而使磨粒脫落，利用率不高； 另一方面，由于金剛石顆粒是機械包埋，故其出露的高度較小，切削效率不高。

新一代釬焊超硬工具是利用焊料熔化的方式將超硬磨料與工件基體焊接在一起制作而成。釬焊工具由于其具有磨料出露高、高把持強度、鋒利度高以及壽命長等優勢，在金屬材料、硬脆材料等領域的切割、磨削已得到了越來越多的應用，并在許多領域替代了傳統的電鍍工具。以金剛石和立方氮化硼（CBN）為主制作的釬焊超硬磨料工具被廣泛應用于各類金屬材料的切割、磨削加工，石材、微晶玻璃、塑料、碳纖維等硬脆材料的切割加工。并且在公路養護、地質鉆探、礦山開采、公共安全等領域得到了越來越多的應用，市場需求逐漸增多。

由于釬焊超硬磨料技術是近幾年才開始深入研究的新興技術。相關的釬焊工具生產廠家較少，而且對釬焊超硬工具的制備仍處于邊研發邊生產的階段。目前，歐美、韓國少數國家以及我國臺灣地區掌握了一定的釬焊超硬工具的制備工藝。目前相關釬焊超硬磨料工具多以單層釬焊金剛石工具為主，也有少部分應用于高強度鋼鐵材料加工的釬焊CBN磨具不斷被深入研究與開發。

在釬焊工具應用過程中普通被傳統加工行業質疑的一個問題便是：單層的磨料工具，其壽命是否能達到很高，產品是否具有很高的性價比。雖然單層釬焊工具比電鍍金剛石工具的壽命有了大幅的提高，但綜合考慮到成本、市場等因素，單層釬焊金剛石工具在一些傳統領域并不具有很大的優勢，而且相比于成熟的傳統燒結超硬工具，可替代性仍然不強。這也是目前釬焊超硬磨料工具在開拓市場中遇到了主要問題之一。

國內外專家學者針對單層釬焊超硬磨料工具的問題也展開了一系列的研究。總結來看，主要是通過以下兩個方面來進行的。一是對釬焊超硬磨料工具基體結構的改進、通過外形的設計與創造，使單層磨料的分布在加工方向上呈連續分布形。以釬焊鉆頭為例，將鉆頭頂端的直線平面改為鋸齒狀，這樣當鋸齒頂端的磨料磨平后，下一層的磨料便會出露，繼續參與加工，實現多層加工的目的。對于釬焊金剛石鋸片，則可以將鋸片外端加工成鋸齒狀或者波浪狀，同樣可取得上述效果。此種方法所制備的多層釬焊效果是通過改進基體的物理結構來實現，在應用過程中雖然取得了一定的效果，但由于會遇到基體與磨粒的同步磨損不匹配、單層平均壽命降低、加工表面質量較差等問題，導致此類工具的應用范圍有一定限制。因此認為此種方式僅可看作“準多層釬焊”，本質上仍然是一種單層釬焊工藝。

另一種多層釬焊工具的制備是參考傳統燒結金剛石工具的工藝，將金剛石、焊料、造孔劑按一定比例配混，冷壓、燒結制備而成。此種工藝所制備的工具多為精密磨具。磨料粒度小，多應用于磨削，而且通過相關資料分析認為，此種工具雖然在磨料表面產生了一定的化學反應，使磨料與胎體結合具有一定的釬焊效果，但其磨料的出露、磨粒的把持強度，多層磨削性等方面仍然存大較大的困難，磨料粒度大容易脫落，磨料出露低，排屑效果差，多層的磨削效果不明顯甚至無法持續。因此認為此種方法沒有從根本上對多層釬焊磨料的結構進行設計優化，難以超出傳統燒結金剛石工具的窠臼。