[发明专利]采用镍基钎料热喷焊制备单层金刚石的方法

说明书

技术领域

本发明属于高温钎焊技术领域，具体涉及一种镍基钎料热喷焊制备单层金刚石工具的方法，制备的工具适用于石材、陶瓷、玻璃等硬脆性材料加工。

背景技术

金刚石具有最高的硬度、高耐磨性、高导热性、低摩擦系数、低热膨胀系数等优异性能，广泛应用于磨削、切削和精密加工等领域。

目前，单层高温钎焊金刚石工具制作工艺主要依靠真空钎焊完成的，但真空钎焊实际应用中却存在如下局限性：钎焊过程中加热、冷却时间长，致使制造生产的周期变长，费时耗能，金刚石磨粒长时间处于高温液态钎料中会使磨粒受到较大的热损伤，同时受炉腔尺寸限制，无法钎焊大型的工具，同时在加热过程中基体变形较大，不利于提高加工精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种单层热喷焊金刚石工具的制备方法，以解决真空钎焊中存在的钎焊周期长、钎焊工具变形较大、尺寸受限等问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的采用镍基钎料热喷焊制备单层金刚石工具的方法，具体包括如下步骤：

（1）金刚石工具基体制备：根据制备金刚石工具基体的要求，选择45^#钢为制备金刚石工具的基体，按照金刚石工具图形对45^#钢基体进行机械加工成型，对将要进行等离子喷焊的表面进行清理，除油、除锈处理；

（2）将高温钎料喷焊到工具基体表面：利用等离子喷焊机向单层金刚石工具基体喷焊熔融态高温钎料；

（3）向熔融态高温钎料中加入金刚石颗粒：向工具基体表面熔融态高温钎料中加入金刚石磨粒；

（4）钎焊金刚石工具：熔融态高温钎料与金刚石颗粒发生化学反应后，在保护气氛中快速凝固形成单层金刚石工具。金刚石与液态的镍基钎料在高温瞬间相互扩散形成化学冶金结合，镍基钎料中的Cr元素在金刚石表面富集，并与金刚石中的C元素反应主要生成断续的Cr₃C₂化合物。

步骤（2）中等离子热喷焊机功率为500~1000W，优选为900W，其电流为90~130A，等离子束扫描速度为40~80mm/min，优选为45mm/min，等离子束直径为4-7mm，优选为6mm。

步骤（3）采用喷嘴或漏斗向工具基体表面熔融态高温钎料中加入金刚石磨粒，喷嘴或漏斗口距热喷焊机的喷嘴距离为5-10mm。

本发明采用的设备主要有等离子热喷焊机、数控加工机床。

本发明是一种单层热喷焊金刚石工具的制备方法，使用等离子喷焊机喷焊高温钎料粉末，采用机械的方法均匀的向熔融态高温钎料中直接的加入金刚石颗粒，然后在保护气氛中快速冷却形成，这样可以缩短钎料与金刚石之间的反应时间，在形成化学冶金结合的同时，减少金刚石颗粒的氧化和热损伤。另外，在制备工具的过程中，加热和冷却速度较快，具有较高的工具生产效率。

热喷焊以移动的高能束为热源，通过特制的喷枪将具有特殊性能的合金粉末加热到熔融状态，然后以较高的速度喷射到经过净化预处理的零件表面上，获得均匀致密的特殊涂层。

采用能量密度高、升降温速度快的等离子束作为热源，可以局部加热，热影响区小，成本小，利用热喷焊在金属材料表面能够形成熔融的液态金属熔池，向熔池中实时加入金刚石磨粒，冷却后形成化学冶金结合的单层金刚石工具。该方法在高温环境下暴露的时间很短，能够有效控制金刚石的热损伤。

本发明在实现金刚石颗粒、钎料和工具基体之间的化学冶金结合的同时，可以大大降低金刚石颗粒的氧化和热损伤，使金刚石工具的优异性能得到充分发挥。其生产效率较高，具有较高的结合强度，金刚石出露较高，可以实现对石材、陶瓷、玻璃等脆性材料的高效加工。

附图说明

图1是按45^#钢基体、镍基钎料、金刚石放入的金刚石焊接过程示意图。

实施例1

一种单层钎焊金刚石工具的制备方法，具体步骤如下：

（1）金刚石工具基体制备

根据制备金刚石工具基体的要求，选择45^#钢为制备金刚石工具的基体1，按照金刚石工具图形对45^#钢基体进行机械加工成型，对将要进行等离子喷焊的表面进行清理，除油、除锈。

（2）将Ni-Cr合金喷焊到工具基体表面