[发明专利]钎焊超硬磨料工具布料工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种钎焊超硬工具布料工艺，广泛应用于制作钎焊金刚石锯片、钎焊金刚石钻头、钎焊金刚石磨轮、钎焊串珠绳锯、异型金刚石工具、钎焊CBN工具、合金碎粒等超硬工具。利用该方法制备的超硬磨料工具可应用于石材加工、金属或非金属加工、矿山开采等领域。

背景技术

传统的以金刚石工具为代表的超硬工具可以分为电镀工具与烧结工具两大类，它们各有所长。但是由于金刚石表面存在较高的表面能，难与一般金属浸润，磨粒与胎体金属间的界面不存在牢固的冶金结合层。胎体对磨粒的把持力小，极易因胎体磨损而使磨粒脱落，利用率不高； 另一方面，由于金刚石颗粒是机械包埋，故其出露的高度较小，切削效率不高。

新一代的超硬工具多为利用钎焊工艺的单层钎焊超硬工具，它是利用焊料熔化的方式将超硬磨料与工件基体焊接在一起制作而成。目前常用的钎焊工具有钎焊锯片、钎焊磨轮、钎焊钻头等。钎焊工具由于其具有磨料出露高、高把持强度、锋利度高以及寿命长等优势，在金属材料、硬脆材料等领域的切割、磨削已得到了越来越多的应用，并在许多领域替代了传统的电镀工具。

以金刚石和立方氮化硼（CBN）为主制作的钎焊超硬磨料工具被广泛应用于各类金属材料的切割、磨削加工，石材、微晶玻璃、塑料、碳纤维等硬脆材料的切割加工。并且在公路养护、地质钻探、矿山开采、公共安全等领域得到了越来越多的应用，市场需求逐渐增多。

由于钎焊超硬磨料技术是近几年才开始深入研究的新兴技术。相关的钎焊工具生产厂家较少，而且对钎焊超硬工具的制备仍处于边研发边生产的阶段。目前，欧美、韩国少数国家以及我国台湾地区掌握了一定的钎焊超硬工具的布料工艺。国内厂家由于研发能力有限，且受利益因素影响难以做持久深入的研究，一般多根据简单数次试验结果便确定某种钎焊工艺，这种做法虽然能生产出基本符合要求的产品，但也暴露出一定的问题，一是由于生产工艺没有相关精确控制，生产质量难以稳定，造成产品合格率一直无法快速提高。再者，所确定的生产工艺难具精确化、细分化，对不同加工要求难以做到区别对待。以上两个方法在较大程度上制约了钎焊工具技术在国内的发展，也限制了中国钎焊超硬磨料技术在国际上的影响力。

钎焊超硬磨料工艺的整个过程包括以下几个方面，如图1所示。从整个生产流程中可以看出，基体清理、高温钎焊、质检、包装入库等工序属于常规化操作，目前相关规范与操作要求均已精确与标准，可以保证稳定与一致。但对于制备半成品则有很大的不同，这不仅与制备半成品的工艺方法有关，还与整个工艺方法的可控性与可操作性有关。因此，决定钎焊超硬磨料工具质量关键的便是半成品的制作，即磨料与焊料的钎焊布料工艺。

目前相关生产厂家以及国内高校研究所对钎焊布料工艺做了一定的研究，也有相关研究被报道。总结目前所报道的布料工艺方式，主要有两种：一种是用粉末状焊料进行钎焊，将焊料与钎剂或者粘结剂搅拌成膏状，然后均匀涂于工件基体表面，再布洒磨料，然后再进行火焰钎焊或者真空钎焊。另一种是将片状或者箔状焊片贴于基体表面，再将超硬磨料置于焊片上进行火焰钎焊或者真空钎焊。

上述两种方法均存在一定的缺陷。第一种方法焊料的刷涂厚度较难控制，容易造成焊料过少或者过多。而且也难以刷涂均匀，且对于曲面弧度较大工件（异型磨轮）以及边缘锐利工件（如锯片）适应性差，此外粉末状焊料与粘结剂的混合也是较难控制的，这是由于粘结剂一般会有部分挥发，所调制的膏状焊料浓度不断变化，在涂抹工件时容易造成厚度不均匀；而且由于钎焊焊料一般为金属，密度大，容易从粘结剂中析出，形成沉淀块，也影响了膏状焊料的使用。第二种方法对平面工件易于操作，但对于曲面以及回转件则具有较大的困难。这是由于焊片多为箔片，但具有一定的厚度与形状，对于平面工件可以贴紧，但如果焊接表面为曲面（如异型磨轮），贴焊片将成为一件非常困难的事情，实际可操作性不大。

除了以上两种方法，亦有研究人员提出将磨料与粉末状焊料混合在一起，调制成膏状，涂抹于工件表面，一次成型。这种工艺方法虽然在操作上不难，但是半成品钎焊后，磨料难出有高出露，甚至不出露，而且对于大粒度的磨料更难以混合均匀。这种工艺方法制备的工具实际上丧失了钎焊超硬磨料技术所具有的优势，无法发挥钎焊技术所带来的锋利度高，排屑空间大的革命性效果。因此，为了能够精确控制产品质量，稳定生产工艺，需要一种新型钎焊超硬磨料布料工艺来解决以上存在的问题。

发明内容

针对以上的不足，本发明提供了一种钎焊超硬磨料工具布料新工艺。此工艺能够精确地与不同粒度的磨料进行匹配，并适应于各种几何形状的工件，达到产品质量可控，质量稳定一致的效果。

具体发明方案如下：