[發明專利]一種新型合金真空擴散焊cBN磨粒的方法

在審

• 申請號: 202211313167.4
• 申請日: 2022-10-25
• 公開（公告）號: CN115592575A
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 李洪哲;盧金斌;殷曉薇;楊詩睿;吳儀;鄧梓晗;苗情;許馨玉
• 申請（專利權）人: 蘇州科技大學
• 主分類號: B24D3/06
• 分類號: B24D3/06;B24D3/34;B24D18/00;B22F9/04;C23C24/10;C22C30/00;B23K20/02;B23K20/14
• 代理公司: 蘇州三英知識產權代理有限公司 32412
• 代理人: 朱如松

本發明公開了一種新型合金真空擴散焊cBN磨粒的方法，屬于單層cBN砂輪的制作方法。本發明所需材料為砂輪鋼基體、單質金屬粉和cBN磨粒。首先對砂輪的鋼基體進行清洗，在真空爐中熔結AlCoCrFeNiTi合金層，接著在AlCoCrFeNiTi合金層上鋪一層Ti箔，然后采用軋制的方法將cBN磨粒壓入AlCoCrFeNiTi合金層，最后經高溫加熱擴散焊實現cBN牢固連接。該技術由于cBN在壓入過程中經摩擦將cBN磨粒表面清理干凈，隨后的焊接能夠實現cBN的化學冶金結合，采用壓入的方式cBN磨粒外圍形成的環狀凸起增加了cBN磨粒的把持力，制造的砂輪可用于高效磨削強韌金屬材料。

技術領域

本發明屬于超硬磨料領域，特別涉及制造單層cBN磨粒的砂輪。

背景技術

立方氮化硼具有很高的硬度、熱穩定性和化學惰性等優異性能，它的硬度僅次于金剛石，但熱穩定性遠高于金剛石，因此對黑色金屬有良好的化學穩定性。立方氮化硼磨具的磨削性能十分優異，非常適合于高效磨削強韌性金屬材料，具有較高生產率，并能有效地提高工件的磨削質量。

cBN磨料砂輪的制作工藝可大致分以下五種，電鍍、燒結、樹脂、陶瓷、釬焊。采用電鍍、燒結、樹脂以及陶瓷等方法，由于cBN固有的化學惰性，采用一般的金屬或在溫度較低的情況下很難對cBN磨粒實現化學冶金結合，究其原因是因為cBN磨粒與砂輪磨削的結合劑很難有界面反應。要實現cBN磨粒的高強度連接需要含有一定的活性元素且在高溫的情況下經界面反應實現，但活性元素很容易氧化失效，而且cBN磨粒表面吸附物對界面反應有很大影響，采用含有活性元素的真空釬焊雖能去除cBN磨粒表面的吸附物質，又可以實現有效的界面反應，但通常只能采用低熔點的釬料如AgCuTi、CuSnTi之類的釬料，這類釬料雖能實現界面反應，但普遍存在合金熔點較低，在砂輪加工過程中其低熔點合金受磨削溫度的限制，并不能充分發揮cBN磨粒高溫穩定性的優點。如采用高熔點含活性元素的合金進行釬焊，對真空度提出了極高的要求，使得生產成本極大，不能實現產業化。如采用含有活性元素金屬進行燒結，金屬處于固態時活性元其擴散系數極低，很難形成有效的擴散，也就不能進行有效的連接。因此如何在制造時實時保持cBN磨粒表面干凈，又能與活性元素充分接觸是實現cBN磨粒高強度連接的關鍵。

發明內容

基于上述的問題，為保證實時的cBN顆粒表面干凈并充分接觸活性元素，采取將Ti箔放在結合劑上面，并將cBN顆粒壓入，通過壓入的方法一方面將cBN顆粒和Ti箔表面清理干凈，使其露出新鮮的表面并充分接觸，另一方面，可以使得cBN周圍形成環狀隆起，該類隆起可以將cBN包裹并增強結合劑對cBN顆粒的把持力，再經較長時間的高溫可保證其形成高強度連接。此外，通過使用AlCoCrFeNiTi高熵合金替換低熔點釬料，利用高熵合金具有高溫性能、強度高的特點作為結合劑，可以充分發揮在磨削過程中cBN高溫性能好的特點。

本發明所采用的制作方法包括下述工藝步驟：

一種新型合金真空擴散焊cBN磨粒的方法包括下述工藝步驟：

步驟一、選取碳鋼作為砂輪基體，用砂輪或砂紙打磨碳鋼基體表面去除氧化物和鐵銹，同時用酒精或丙酮清除基體表面的油污。

步驟二、將Ni-Cr-B-Si、Co-Cr-B-Si、Al、Fe、Ti按一定比例組成混合粉，并用球磨機進行球磨混合，所用粉末粒徑在30～70μm；其中Ni-Cr-B-Si的成分質量百分比為Cr:15～18，B:2.5～4.5，Si:3～4.5，C:0.6～1，其余為Ni；Co-Cr-B-Si的成分質量百分比為Cr:15～18，B:2.5～4.5，Si:3～4.5，C:0.6～1，其余為Co；Al粉、Fe粉的純度均高于99.5％；Ti粉純度高于99％；混合粉Ni-Cr-B-Si、Co-Cr-B-Si、Al、Fe、Ti的質量百分比為24～30：24～30：18～26：8～16：8～16。采用鋼制球磨罐進行球磨混合，磨球與混合粉質量比為2.5～3.2∶1，密封后打開真空閥抽真空35～50分鐘，將球磨罐放入行星式球磨機，轉速為260～300r/min，倒向頻率30～45Hz，進行球磨混料時間為20～40分鐘。