[发明专利]超声波辅助Ti箔金刚石金属化制作节块的方法

说明书

本发明公开了一种超声波辅助Ti箔金刚石金属化制作节块的方法，包括以下步骤：金刚石表面金属化，在钢基体表面先铺一层钛粉再放置钛箔，放置金刚石，再铺一层钛箔和钛粉，再放置金刚石，铺一层钛箔和钛粉，再放置金刚石，铺最后一层钛箔和钛粉，将超声波压头压在金刚石与Ti粉，启动超声波辅助振动使金刚石与钛箔和钛粉产生摩擦升温使金刚石表面形成TiC，最后将金属化的金刚石筛出；球状预合金粉末制作：将Ni、Cu、Sn金属粉末按一定重量比例进行混合熔炼，经气雾化制成球状预合金粉末；以及烧结节块。采用该方法制作的金刚石砂轮具有金刚石磨粒分布均匀，磨粒把持强度高的特点。

技术领域

本发明属于金刚石工具制作领域，尤其涉及烧结金刚石节块的制造技术。

背景技术

金刚石具有高硬度和优良机械性能，因此金刚石工具成为加工各种硬脆材料不可缺少的有效工具，用于切割玻璃、石材、混凝土、陶瓷、硬质合金等材料，工具主要包括砂轮、锯片、绳锯、磨头、套料钻等。金刚石工具目前按制造方法和工艺通常可分为电镀、烧结和钎焊工具产品，各种不同工艺制造的金刚石工具各有优劣。电镀金刚石工具，其制作工艺简单，具有加工精度较高的优点，但电沉积的镀层金属与磨料界面间不存在化学冶金结合，磨料只是被机械包覆在镀层与基体之间，导致镀层对金刚石磨粒的把持力小，使磨料极易脱落和镀层成片剥离导致砂轮失效，另外，电镀工艺不利于环保。烧结金刚石工具是采用烧结成型制成金刚石工具，其中的金刚石颗粒主要靠胎体收缩后产生的机械夹持力镶嵌于胎体金属基中，由于金刚石具有较高的化学稳定性，因而不容易与结合剂之间形成化学冶金结合，导致胎体金属对金刚石把持力低，金刚石容易脱落，其金刚石利用率只有40-50％，并降低了金刚石工具的寿命及性能水平。因此，许多学者、工程师一直致力于在胎体材料中添加或在金刚石表面预粘上强碳化物金属粉末，在烧结过程中在金刚石表面形成碳化物，以期望它们在烧结过程中实现对金刚石的化学键结合。但在固相烧结条件下，尽管胎体中添加活性元素(碳化物形成元素)，但并不能对金刚石形成有效的化学键。

在传统烧结工具中，尽管合金粉中添加有活性元素，但烧结过程中碳化物元素在原子层次并不能与金刚石充分接触，其次由于各种金属粉本身含有较多的各种气体，即使在真空的环境中，由于Ti的活性太高也极易被氧化，因此如何促使金刚石与活性元素在低温时充分接触，这样可因Ti元素活性高在低温时与Ti充分接触摩擦就可以产生碳化物。采用超声波辅助摩擦金刚石，可实现金刚石表面金属化。

发明内容

本发明的目的是金刚石表面金属化并形成碳化物，再采用Cu、Ni基金属粉进行烧结制作多层金刚石节块。

为了解决上述问题，本发明提供了一种新型钎焊单层金刚石砂轮的制作方法，包括以下步骤：

步骤一、金刚石表面金属化：在钢基体表面先铺一层钛粉再放置钛箔，放置金刚石，再铺一层钛箔和钛粉，再放置金刚石，铺一层钛箔和钛粉，再放置金刚石，铺最后一层钛箔和钛粉。其中金刚石磨粒的粒度为120～450微米，Ti箔和Ti粉的纯度在99～100％，Ti箔的厚度在0.08mm～0.1mm，Ti粉的粒度在30～150微米，Ti粉的厚度在30～50微米。然后将钢基体与金刚石、Ti粉置于密闭容器中先抽真空，再通入氩气作为保护气，接着将超声波压头压在金刚石与Ti粉，启动超声波辅助振动使金刚石与钛箔和钛粉产生摩擦升温并在金刚石表面形成TiC，其中，超声波压头是通过油压机施加10MPa～25MPa的压力作用于压头，在油压机施压于压头过程中，超声波发生器输出超声波至超声波换能器，压制金刚石的压头连接于超声波换能器，超声波换能器产生的超声波功率在0.2～2kW，超声波频率为20～100kHz，振幅为1-30μm，超声波辅助振动时间为5～10min。最后将金属化的金刚石筛出，剩余的Ti粉可以下次继续使用。

步骤二、球状预合金粉末制作：将Ni、Cu、Sn金属粉末按一定重量比例进行混合熔炼，经气雾化制成球状预合金粉末，其中Ni、Cu、Sn金属粉末的重量分别是Cu为12～30％，Sn为13～21％，其余为Ni，雾化后球状预合金粉的粒径在30～120μm。