專利名稱：一種壓力焊制備單層立方氮化硼砂輪的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超硬磨料磨具制作領(lǐng)域，尤其涉及一種壓力焊制備單層立方氮化硼砂輪的方法。
背景技術(shù)：
立方氮化硼具有高的硬度、熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性，制備的磨具可以解決硬度高韌性好材料難以加工的問(wèn)題，同時(shí)具有磨削鋒利，耐磨性好，單位磨損少，生產(chǎn)率高，加工表面質(zhì)量高等特點(diǎn)，在磨具行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用。為了滿足生產(chǎn)需求和提高產(chǎn)品質(zhì)量需要，人們不斷提出新的磨具制作方法并對(duì)新方法進(jìn)行研究，主要是如何提高加工效率、產(chǎn)品質(zhì)量和磨具壽命。
作為磨具，要滿足以下幾個(gè)方面的要求1)磨削切割方向上，相鄰磨粒之間要有足夠空間，能進(jìn)行自由切割；2)磨粒應(yīng)具有較高的出露高度，出露高度一致；3)結(jié)合材料對(duì)磨粒具有較高把持力；4)結(jié)合材料具有合適的性能，像強(qiáng)度、硬度、耐磨性等。電鍍是制備單層超硬材料磨具最常用的方法，利用Ni或Co鍍層把磨料顆粒固結(jié)到磨具基體上。電鍍單層超硬材料磨具只有一層磨粒，具有較高的加工效率；但是，磨粒、鍍層和磨具基體三者之間只是物理包裹作用和范德華分子結(jié)合力，結(jié)合強(qiáng)度低。為了提高鍍層對(duì)磨粒的結(jié)合強(qiáng)度，鍍層高度通常達(dá)到磨粒高度的60% 80%，降低了磨粒出露高度和容屑空間。電鍍過(guò)程中，磨粒容易在磨具基體表面發(fā)生聚集，縮小相鄰磨粒之間距離，不能進(jìn)行自由切割。電鍍法制備的立方氮化硼磨具的磨粒出露高度不同，不能保證較好的磨削加工精度。制備單層超硬材料磨具既要保證磨粒具有較高的出露高度，同時(shí)最好在磨粒和結(jié)合材料之間形成化學(xué)冶金結(jié)合，結(jié)合材料對(duì)磨粒具有較高把持力。釬焊法制備的超硬材料磨具可以滿足上述要求，但是，磨料顆粒分布較難，釬料和磨粒之間存在較大物理和化學(xué)性能差異，導(dǎo)致釬焊后接頭處形成較大殘余應(yīng)力。銀基釬料(Ag-Cu-Ti合金)是最早用來(lái)制備釬焊超硬材料磨具的材料，但是，銀基釬料價(jià)格昂貴，磨具制備成本較高，釬料硬度較低，耐磨性不好，磨具使用過(guò)程中，磨料顆粒和釬焊層之間不能保持合適磨削比，易導(dǎo)致磨料過(guò)早脫落，降低磨具壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種壓力焊制備立方氮化硼砂輪的方法。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案一種壓力焊制備單層立方氮化硼砂輪的方法，包括以下步驟
(I)選擇砂輪基體材料并利用機(jī)械加工的方法制備砂輪基體，然后去除砂輪基體表面的氧化皮，除油除銹；(2)在保護(hù)環(huán)境下，采用真空沉積或液體激冷的方法制備厚度均勻的非晶合金結(jié)合
層；
(3)室溫時(shí)，利用人工或機(jī)械的方法把立方氮化硼磨粒排布并固定在非晶合金結(jié)合層表面，制作砂輪毛坯，立方氮化硼磨粒頂部放置陶瓷壓片，陶瓷壓片上面安置施壓物質(zhì)；
(4)把砂輪毛坯、陶瓷壓片和施壓物質(zhì)放入加熱爐中，加熱到非晶合金的過(guò)冷液相區(qū)保溫10 60min，隨后快速冷卻到室溫，去除磨粒表面陶瓷壓片和施壓物，獲得單層立方氮化硼砂輪。所述的非晶合金為Cu基非晶合金或Ni基非晶合金。所述的非晶合金中含有可以和立方氮化硼發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活性元素Ti。所述的非晶合金為Cu60Zr30Ti10' Cu60Hf25Ti15' Cu60Hf20Ti20' Cu60Zr20Ti20' Ni59Zr20Ti16Si2Sn3^Ni42Ti19 Zr22. 5A18Cu5、Ni60Nb25Ti15 或 Ni60Nb20Ti15Zr515所述的非晶合金結(jié)合層的厚度在制備超硬材料砂輪時(shí)立方氮化硼磨粒直徑的1/3 2/3之間。所述的非晶合金結(jié)合層的厚度為10 150 μ m。所述的非晶合金的過(guò)冷液相區(qū)在400 500°C之間。所述的加熱爐為真空爐。本發(fā)明利用非晶合金作為制作立方氮化硼砂輪時(shí)的結(jié)合材料，具有以下作用。非晶合金材料具有高抗拉強(qiáng)度，高硬度，低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，可以提高砂輪結(jié)合材料的強(qiáng)度和耐磨性，降低磨粒和結(jié)合材料之間形成的殘余應(yīng)力。非晶合金材料具有特殊的過(guò)冷液相區(qū)，可以發(fā)生牛頓流動(dòng)；變形溫度低，一般在O. 6Tm以下；變形應(yīng)力小，變形過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生空洞等缺陷；變形過(guò)程發(fā)生在牛頓流動(dòng)的過(guò)冷溫度區(qū)間時(shí)，冷卻后，非晶合金轉(zhuǎn)變?yōu)楹辖?，在使用過(guò)程中不再發(fā)生牛頓流動(dòng)。當(dāng)非晶合金發(fā)生牛頓流動(dòng)時(shí)，把磨料顆粒壓制到非晶合金中，由于材料中含有較多可以和立方氮化硼反應(yīng)的活性元素，通過(guò)延長(zhǎng)保溫時(shí)間，可以形成少量化合物，提高非晶合金對(duì)磨粒的把持力。磨粒壓制到非晶合金后，在磨粒和非晶合金界面結(jié)合處，非晶合金和磨粒之間形成弧度過(guò)渡，快速冷卻后，非晶合金對(duì)磨粒具有較高的把持力。非晶合金的過(guò)冷液相區(qū)溫度較低，加熱過(guò)程中，磨粒的性能下降較?。簧拜喕w變形較小。另外，可以控制非晶合金結(jié)合層的厚度，提高磨粒出露高度，立方氮化硼磨粒的性能可以得到充分發(fā)揮。制備砂輪過(guò)程中，立方氮化硼磨粒表面放置利用陶瓷壓片和施壓物質(zhì)，可以確保砂輪制備過(guò)程中立方氮化硼磨粒具有相同的出露高度，制備的砂輪表面加工質(zhì)量較高，可以用于高精度磨削加工。


圖I立方氮化硼砂輪制作結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
一種壓力焊制備單層立方氮化硼砂輪的方法，包括以下步驟
(I)按照制備單層立方氮化硼砂輪的相關(guān)要求選擇砂輪基體材料I，采用機(jī)械加工的方法按照尺寸要求制備砂輪基體1，然后去除砂輪基體表面氧化皮，并除油除銹；砂輪基體材料為常用材料，例如40Cr、45#鋼。(2)采用真空沉積的方法在潔凈的砂輪基體I表面制備具有一定厚度并且厚度均勻的非晶合金結(jié)合層2，非晶合金結(jié)合層2的厚度為10 150 μ m ;非晶合金為鎳基或銅基等非晶合金材料，非晶合金中含有可以和立方氮化硼發(fā)生反應(yīng)的活性元素鈦等。(3)室溫時(shí)，利用人工的方法把立方氮化硼磨粒3按預(yù)先設(shè)置的方式排布并固定在非晶合金結(jié)合層2表面，制作砂輪毛坯，立方氮化硼磨粒3頂部放置陶瓷壓片4，陶瓷壓片4上面安置施壓物質(zhì)5。(4)把砂輪毛坯、陶瓷壓片和施壓物質(zhì)放入真空加熱爐中，加熱到非晶合金的過(guò)冷液相區(qū)進(jìn)行保溫10 60min，其過(guò)冷液相區(qū)在400 500°C之間，在此溫度區(qū)間實(shí)現(xiàn)壓焊的化學(xué)冶金結(jié)合；隨后快速冷卻到室溫，去除立方氮化硼磨粒表面陶瓷壓片和施壓物質(zhì)，獲得單層立方氮化硼砂輪。
所述的非晶合金結(jié)合層厚度在制備砂輪時(shí)所用磨粒直徑的1/3 2/3之間。利用非晶合金作為立方氮化硼磨粒的結(jié)合材料，可以提高結(jié)合材料的硬度和耐磨性，降低砂輪制備過(guò)程中形成的殘余應(yīng)力。利用非晶合金的特殊過(guò)冷液相區(qū)把立方氮化硼磨粒壓入非晶合金中，非晶合金和立方氮化硼磨粒之間形成的弧度過(guò)渡和界面結(jié)合處形成的少量化合物可以實(shí)現(xiàn)非晶合金對(duì)立方氮化硼磨粒高的把持力，減少立方氮化硼磨粒性能下降，立方氮化硼磨粒的性能可以得到最大發(fā)揮。非晶合金的過(guò)冷液相溫度區(qū)溫度較低，砂輪基體變形較少。立方氮化硼磨粒表面放置陶瓷壓片，制備的砂輪的立方氮化硼磨粒出露高度一樣，可以保證加工表面質(zhì)量較好，進(jìn)行精密磨削加工。實(shí)施例2
一種壓力焊制備單層立方氮化硼砂輪的方法砂輪基體選用45#鋼，真空沉積銅基非晶合金Cu6tlZr3tlTiltl,結(jié)合層厚度為立方氮化硼磨粒直徑的1/2左右。利用人工的方法把磨粒按照預(yù)先設(shè)定方式排布并固定到非晶合金結(jié)合層表面，磨粒上面放置陶瓷壓片和施壓物質(zhì)，然后放入真空爐加熱。加熱到Cu6tlZr3tlTiltl的過(guò)冷液相區(qū)保溫30min，然后快速冷卻到室溫，制備單層立方氮化硼砂輪。其他同實(shí)施例I。實(shí)施例3
一種壓力焊制備單層立方氮化硼砂輪的方法砂輪基體選用45#鋼，采用液相激冷的方法制備非晶合金Cu6tlHf25Ti15，結(jié)合層厚度為立方氮化硼磨粒直徑的1/2左右。利用人工的方法把磨粒按預(yù)先設(shè)定方式排布并固定到非晶合金結(jié)合層表面，磨粒上面放置陶瓷壓片和施壓物質(zhì)，然后放入真空爐加熱。加熱到Cu6tlHf25Ti15的過(guò)冷液相區(qū)保溫40min，然后快速冷卻到室溫，制備單層立方氮化硼砂輪。其他同實(shí)施例I。實(shí)施例4
一種壓力焊制備單層立方氮化硼砂輪的方法砂輪基體選用40Cr，采用真空沉積的方法在砂輪基體上制備厚度均勻的Cu6tlHf2tlTi2tl非晶合金結(jié)合層，結(jié)合層厚度為立方氮化硼磨粒直徑的1/2左右。利用機(jī)械的方法把磨粒按預(yù)先設(shè)定方式排布并固定到非晶合金結(jié)合層表面，磨粒上面放置陶瓷壓片和施壓物質(zhì)，然后放入真空爐加熱。加熱到Cu6tlHf2tlTi2tl的過(guò)冷液相區(qū)保溫35min，然后快速冷卻到室溫，制備單層立方氮化硼砂輪。
其他同實(shí)施例I。實(shí)施例5
一種壓力焊制備單層立方氮化硼砂輪的方法砂輪基體選用40Cr，采用真空沉積的方法在砂輪基體上制備厚度均勻的Cu6ciZr2ciTi2tl非晶合金結(jié)合層，結(jié)合層厚度為立方氮化硼磨粒直徑的1/2左右。利用機(jī)械的方法把磨粒按預(yù)先設(shè)定方式排布并固定到非晶合金結(jié)合層表面，磨粒上面放置陶瓷壓片和施壓物質(zhì)，然后放入真空爐加熱。加熱到Cu6tlZr2ciTi2tl的過(guò)冷液相區(qū)保溫30min，然后快速冷卻到室溫 ，制備單層立方氮化硼砂輪。其他同實(shí)施例I。實(shí)施例6
一種壓力焊制備單層立方氮化硼砂輪的方法砂輪基體選用45#鋼，采用真空沉積的方法在砂輪基體上制備厚度均勻鎳基非晶合金Ni59Zr2Ji16Si2Sn3結(jié)合層，結(jié)合層厚度為立方氮化硼磨粒直徑的1/2左右。利用人工的方法把磨粒按預(yù)先設(shè)定方式排布并固定到非晶合金結(jié)合層表面，磨粒上面放置陶瓷壓片和施壓物質(zhì)，然后放入真空爐加熱。加熱到Ni59Zr20Ti16Si2Sn3的過(guò)冷液相區(qū)保溫40min,然后快速冷卻到室溫,制備單層立方氮化硼砂輪。其他同實(shí)施例I。實(shí)施例7
一種壓力焊制備單層立方氮化硼砂輪的方法砂輪基體選用45#鋼，采用真空沉積的方法在砂輪基體上制備厚度均勻鎳基非晶合金Ni42Ti19 Zr22.5Al8Cu5結(jié)合層，結(jié)合層厚度為立方氮化硼磨粒直徑的1/2左右。利用人工的方法把磨粒按預(yù)先設(shè)定方式排布并固定到非晶合金結(jié)合層表面，磨粒上面放置陶瓷壓片和施壓物質(zhì)，然后放入真空爐加熱。加熱到Ni42Ti19 Zr22.5Al8Cu5的過(guò)冷液相區(qū)保溫35min，然后快速冷卻到室溫，制備單層立方氮化硼砂輪。其他同實(shí)施例I。實(shí)施例8
一種壓力焊制備單層立方氮化硼砂輪的方法砂輪基體選用40Cr，采用真空沉積的方法在砂輪基體上制備厚度均勻鎳基非晶合金Ni6tlNb25Ti15,結(jié)合層厚度為立方氮化硼磨粒直徑的1/2左右。利用機(jī)械的方法把磨粒按預(yù)先設(shè)定方式排布并固定到非晶合金結(jié)合層表面，磨粒上面放置陶瓷壓片和施壓物質(zhì)，然后放入真空爐加熱。加熱到Ni6tlNb25Ti15的過(guò)冷液相區(qū)保溫40min，然后快速冷卻到室溫，制備單層立方氮化硼砂輪。其他同實(shí)施例I。實(shí)施例9
一種壓力焊制備單層立方氮化硼砂輪的方法砂輪基體選用40Cr，采用真空沉積的方法在砂輪基體上制備厚度均勻鎳基非晶合金Ni6tlNb2 Ji15Zr5，結(jié)合層厚度為立方氮化硼磨粒直徑的1/2左右。利用機(jī)械的方法把磨粒按預(yù)先設(shè)定方式排布并固定到非晶合金結(jié)合層表面，磨粒上面放置陶瓷壓片和施壓物質(zhì)，然后放入真空爐加熱。加熱到Ni6tlNb2tlTi15Zr5的過(guò)冷液相區(qū)保溫30min，然后快速冷卻到室溫，制備單層立方氮化硼砂輪。其他同實(shí)施例I。
權(quán)利要求
1.一種壓力焊制備單層立方氮化硼砂輪的方法，其特征在于包括以下步驟 (1)選擇砂輪基體材料并利用機(jī)械加工的方法制備砂輪基體，然后去除砂輪基體表面的氧化皮，除油除銹； (2)在保護(hù)環(huán)境下，采用真空沉積或液體激冷的方法制備厚度均勻的非晶合金結(jié)合層； (3)室溫時(shí)，利用人工或機(jī)械的方法把立方氮化硼磨粒排布并固定在非晶合金結(jié)合層表面，制作砂輪毛坯，立方氮化硼磨粒頂部放置陶瓷壓片，陶瓷壓片上面安置施壓物質(zhì)； (4)把砂輪毛坯、陶瓷壓片和施壓物質(zhì)放入加熱爐中，加熱到非晶合金的過(guò)冷液相區(qū)保溫10 60min，對(duì)立方氮化硼實(shí)現(xiàn)壓焊，隨后快速冷卻到室溫，去除磨粒表面陶瓷壓片和施壓物，獲得單層立方氮化硼砂輪。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述的非晶合金為Cu基非晶合金或Ni基非晶合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述的非晶合金中含有可以和立方氮化硼發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活性元素Ti。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述的非晶合金為Cu6(lZr3Ji1(l、Cu60Hf25Ti15'Cu60Hf20Ti20'Cu60Zr20Ti20'Ni59Zr20Ti16Si2Sn3'Ni42Ti19 Zr22. 5A18Cu5、Ni60Nb25Ti15 或Ni60Nb20Ti15Zr50
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述的非晶合金結(jié)合層的厚度在制備超硬材料砂輪時(shí)立方氮化硼磨粒直徑的1/3 2/3之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述的非晶合金結(jié)合層的厚度為10 150 μ m0
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述的非晶合金的過(guò)冷液相區(qū)在400 500°C之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述的加熱爐為真空爐。
全文摘要
一種壓力焊制備單層立方氮化硼砂輪的方法，包括以下步驟(1)選擇砂輪基體材料并利用機(jī)械加工的方法制備砂輪基體；(2)在保護(hù)環(huán)境下制備厚度均勻的非晶合金結(jié)合層；(3)室溫時(shí)，把立方氮化硼磨粒排布并固定在非晶合金結(jié)合層表面，制作砂輪毛坯，頂部放置陶瓷壓片、施壓物質(zhì)；(4)把砂輪毛坯、陶瓷壓片和施壓物質(zhì)放入加熱爐中，隨后快速冷卻到室溫，獲得單層立方氮化硼砂輪。非晶合金材料具有高抗拉強(qiáng)度，高硬度，低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，可以提高砂輪結(jié)合材料的強(qiáng)度和耐磨性，降低磨粒和結(jié)合材料之間形成的殘余應(yīng)力。把磨料顆粒壓制到非晶合金中，由于材料中含有較多可以和立方氮化硼反應(yīng)的活性元素，通過(guò)延長(zhǎng)保溫時(shí)間，可以形成少量化合物，提高非晶合金對(duì)磨粒的把持力。制備的砂輪表面加工質(zhì)量較高，可以用于高精度磨削加工。
文檔編號(hào)B24D18/00GK102773807SQ20121022354
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月2日
發(fā)明者盧金斌, 孟普, 王志新 申請(qǐng)人:中原工學(xué)院