[发明专利]金刚石薄壁钻头的钎焊工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种钎焊工艺，更具体地说本发明涉及一种金刚石薄壁钻头的钎焊工艺。

背景技术

金刚石钻头主要用于在陶瓷、玻璃等硬质物品上打孔，这些物品的表面硬度比较高，采用普通的钢质钻头无法正常的打孔，由于金刚石钻头硬度比陶瓷和玻璃高，所以能在这些硬质物品上打孔。

金刚石薄壁钻头是一种新型的钻孔工具，由基体和刀头组成，具有钻孔尺寸精确、速度快、对材料周边无损坏和不需要后续工序等特点。主要应用于在各种建筑材料中钻进小孔和大直径孔眼，尤其是对于工程翻新或建筑改建时电线或管道的铺设有利，此外在混凝土深切、切大直径孔时其也是必不可少的工具。

金刚石薄壁钻头的工作条件比较恶劣，高速、振动、高温对金刚石钻头提出了苛刻的要求，随着钻头切削速度和进刀量的不断提高，对金刚石钻头焊缝强度的要求也越来越高。现有技术中将金刚石钻头连接钢材基体上的方法主要有热压烧结法、化学气相沉积法、电镀法以及焊接法。

其中热压烧结方法通过采用多组元单质金属粉末和金刚石混合后热压烧结而成，由于烧结温度高，对金刚石的热损伤大，胎体容易氧化；另外由于烧结时间短胎体不能达到完全和金化，从而导致钻头质量难以控制。电镀法制备的金刚石钻头尽管得到了广泛的应用，但是电镀法制备的钻头只是电镀金属膜对金刚石磨粒起包裹作用，两者之间仅限于机械结合，相对于热压烧结法，金刚石磨粒的把持力较差，金刚石磨粒与胎体的结合较弱，磨料容易过早脱落，导致使用寿命短和强度低。采用化学气相沉积方法(CVD)制造金刚石磨层，虽然能改善钻头的切割性能，但是CVD法所需设备价格昂贵，制造工艺复杂，而且金刚石脱落问题以及高精度连接的问题仍有待解决。

钎焊法也是制作金刚石钻头的常用方法，它是借助高温钎焊使钎料中的活性元素在金刚石磨粒与金属基体界面上发生溶解、扩散、化合之类的相互作用，从而提高基体对金刚石磨粒的粘结力，改善磨料、结合剂(钎料合金)、基体三者之间的结合强度。钎焊金刚石工具有以下特点：①磨料、钎料和基体三者之间能实现冶金化学结合，从而提高了结合强度，工具使用寿命长；②磨粒的出露高度大，容屑空间大，不易堵塞，磨料的利用更加充分；③磨削力、功率消耗和磨削温度低；④具有环保意义，符合当今倡导的绿色制造发展趋势。但是现有技术中的钎焊方法，由于焊接温度较高，对金刚石的热损仍然较严重，而且在金刚石膜层中会残留有气孔，影响产品的成品率。

有鉴于此，本发明的发明人经过详思细索并依赖多年从事相关工艺的研发经验，完成了本发明。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中金刚石钎焊钻头表面气孔较多、产品质量不稳定的缺陷，提供一种气孔率低、金刚石和基体结合牢固，成品率高质量稳定的钎焊工艺。

采用本发明的钎焊工艺制备的金刚石薄壁钻头适用于包括混凝土、石材、玻璃、陶瓷等非金属材料及铁、铝等金属材料的钻孔、取芯操作。

为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：

一种金刚石钻头的钎焊工艺，其特征在于包括以下步骤：(1)45号钢薄壁钻头基体的前处理：对45号钢钻头基体依次进行喷砂、碱洗和酸洗；(2)钎焊材料准备：将平均粒径为10-200μm的镍基钎料粉末与平均粒径为3-50μm的金刚石颗粒混合；(3)钎焊材料的预涂覆：将混合好的钎焊材料粉末预涂覆在钻头基体的钻头表面；(4)在真空条件下进行钎焊，钎焊温度为850-980℃，保温时间20-30min。

优选地，所述的薄壁钻头基体，包括同轴设置的钻头基体和呈筒状的钻头，所述钻头基体分为上杆体和下杆体，所述上杆体的一端和下杆体的内端轴向固连，上杆体的另一端用于和电钻机相连；其特征在于，所述的钻头的外端边缘上具有若干个钻齿，所述的钻齿呈非连续地排列，相邻的钻齿之间具有U型槽，所述的钻齿为圆弧形。

优选地，在本发明的金刚石薄壁钻头中，所述上杆体的直径小于下杆体且两者的连接处具有一个挡肩。当上杆体装在电钻机上后，挡肩将限制上杆体继续深入电钻机的内部。

优选地，本发明的金刚石薄壁钻头中，所述的钻头基体内部具有一个内腔，所述的内腔轴向贯穿所述的钻头。所述的钻头基体的侧壁上具有一个或多个与其内腔相连通的进水口。当钻头在打孔的时候，随着加工时间的推移，钻刃部分的温度会上升的很快，这时需要通过进水口将冷却液注射到钻头基体的内腔里，冷却液沿着钻体的内壁流到钻刃上，从而使钻刃保持在一个适当的温度区间内。

优选地，在本发明的金刚石薄壁钻头中，所述钻头和钻头基体的下杆体的壁厚为2-10mm。