[发明专利]一种高耐磨的金刚石砂轮修整笔的制备方法

说明书

技术领域

本发明专利提供了一种高耐磨的金刚石砂轮修整笔及其制备方法，具体的说是一种采用表面处理过的合成聚晶金刚石(PCD)做笔头的金刚石砂轮修整笔及其制备方法。

背景技术

磨削类的砂轮，加工工件时表面容易被磨屑颗粒粘牢，影响磨削效果。因此需采用一种砂轮修整笔来清除砂轮表面的磨屑，使砂轮恢复锐性。由于修整砂轮时依靠砂轮与修整笔或修整刀的对磨，对笔头的磨损较大，因此普遍采用金刚石。现有的笔头材料大都是天然金刚石或者合成聚晶金刚石(PCD)，但各自存在一些问题。天然金刚石主要问题是稀少，价格高，同时也存在质量不均匀的毛病，且韧性不是很好，容易在制造加工和使用过程中碎裂。PCD作为笔头材料是为了取代天然金刚石的，具有耐高温耐磨以及价格低廉等优势，但与天然金刚石相比，仍有缺陷，比如寿命短，研磨的精度低。

PCD是由大量精选的随机定向的金刚石颗粒通过在高压高温下烧结进行制备得到的。PCD由许多微小金刚石单晶聚结而成的聚晶体，它提供极好的硬度及由此得到的耐磨性，并与聚晶结构所带来的极佳韧性相结合。对于采用PCD的工具，寿命在很大程度上并不依赖于进给量，高速切削时产生的热量会导致PCD中滑动界面的金刚石晶粒产生氧化、石墨化、扩散、粘接、热应力破碎等现象，使得PCD工具在寿命与研磨精度上略有缺陷。

近年来，把金属表面工程的许多理论和经验用于金刚石及其制品的生产，以促进金刚石晶体的表面强化，表面改性，已成为提高金刚石及其制品使用寿命的重要方法，并取得许多成功的经验。实践证明，金刚石表面工程这一领域应用前景广阔，经济效益巨大。

发明内容

本发明专利的目的是解决采用PCD材料作为笔头的砂轮修整笔的问题和不足，提供一种高耐磨的金刚石砂轮修整笔及其制备方法，以达到既能降低生产成本，又能保证使用寿命和使用精度的要求。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

1、对PCD进行表面表面预处理：将PCD置于碱性金属清洗液煮沸进行表面除油，再将PCD置于盛有碱性金属清洗液的超声清洗机中超声处理，然后将清洗后的PCD放入纯乙醇溶液脱水后干燥处理；

2、将PCD放入多弧离子镀膜机中，抽真空至6.5×10^-3Pa或以上，加负偏压600V；启动磁过滤单弧镀靶电流60～70A，电压18～22V；用高纯氩轰击对PCD进行离子清洗，时间为5～25min；

3、将经过处理的PCD按照预先设定的镀膜制度覆镀TiN、TiCN、CrN、TiAlN或ZrN具有致密膜层、高膜基结合力的耐热耐磨单一或复合薄膜；

4、将得到的含膜PCD进行适当的抛光、修磨；

5、将得到的含膜PCD钎焊至笔杆上。

上述镀膜机可采用AIP-01型多弧离子镀膜机，镀膜机内附加磁过滤装置。高频银基钎焊可采用HFP-20型钎焊机。

上述PCD、镀膜机、磁过滤装置以及高频钎焊机均可从市场购得。

上述镀膜中镀TiN、CrN、TiAlN或ZrN膜的工艺为：将基体偏压调控在-100～-400V、占空比控制在20％～30％；开启磁过滤器，调整磁过滤器控制电源，其电压为18～24V，电流为4.0～5.0A，保证磁场强度；将氮气流量调整为40～100SCCM(Standard Curbic Centimiter Per Minute每分钟流过的标准毫升数)；工件温度控制在200～280℃；然后将磁过滤单弧镀靶的电流调整为60～100A，电压为18～60V，覆镀TiN、CrN、TiAlN或ZrN薄膜，镀膜时间为40～120min；镀TiN膜使用的靶材为钛靶(覆镀TiN薄膜)；镀CrN膜使用的靶材为铬靶(镀覆CrN薄膜)；镀TiAlN膜使用的靶材为钛铝靶(镀覆TiAlN薄膜)；镀ZrN膜使用的靶材为锆靶(镀覆ZrN薄膜)；

上述镀膜中镀TiCN膜的工艺为：将基体偏压调控在-200～-400V、占空比控制在20％～30％；开启磁过滤器，调整磁过滤器控制电源，其电压为18～24V，电流为4.0～5.0A，保证磁场强度；通入C₂H₂+N₂作为反应气体(N₂/C₂H₂＝1/4)，分压控制在4×10^-3Pa，PCD温度保持在230～260℃；然后将磁过滤单弧镀靶的电流调整为60～80A，电压为40～50V，覆镀TiCN薄膜，镀膜时间为40～80min；镀TiCN膜使用的靶材为钛靶(覆镀TiN薄膜)；