[发明专利]一种新型多层钎焊超硬磨料工具的制备方法

说明书

本发明公开了一种新型多层钎焊超硬磨料工具的制备方法，属于超硬磨料工具制造领域，步骤如下：1）将稀释材料与钎焊焊料按配混成复合料；2）将超硬磨粒进行制粒包裹，并用水溶性粘结剂粘接固定；3）将包裹后超硬磨料的复合体与填充材料、钎焊焊料、水溶性粘结剂混合均匀；4）放入模具加压定型；5）将成型的胚块加热钎焊；此方法通过控制钎焊超硬磨料的钎焊区域的大小来间接控制单颗磨粒的钎焊强度，并通过填充材料的结构搭配，实现了多层钎焊的多层可持续加工性能，提高钎焊超硬磨料工具的寿命；且制备工艺简单，质量稳定易控制，工序可标准化，适于工业化批量生产。

技术领域

本发明属于超硬磨料工具制造领域，具体是指一种新型多层钎焊超硬磨料工具的制备方法。

背景技术

传统的以金刚石工具为代表的超硬磨料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。

新一代钎焊超硬工具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。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制备工艺。目前相关钎焊超硬磨料工具多以单层钎焊金刚石工具为主，也有少部分应用于高强度钢铁材料加工的钎焊CBN磨具不断被深入研究与开发。

在钎焊工具应用过程中普通被传统加工行业质疑的一个问题便是：单层的磨料工具，其寿命是否能达到很高，产品是否具有很高的性价比。虽然单层钎焊工具比电镀金刚石工具的寿命有了大幅的提高，但综合考虑到成本、市场等因素，单层钎焊金刚石工具在一些传统领域并不具有很大的优势，而且相比于成熟的传统烧结超硬工具，可替代性仍然不强。这也是目前钎焊超硬磨料工具在开拓市场中遇到了主要问题之一。

国内外专家学者针对单层钎焊超硬磨料工具的问题也展开了一系列的研究。总结来看，主要是通过以下两个方面来进行的。一是对钎焊超硬磨料工具基体结构的改进、通过外形的设计与创造，使单层磨料的分布在加工方向上呈连续分布形。以钎焊钻头为例，将钻头顶端的直线平面改为锯齿状，这样当锯齿顶端的磨料磨平后，下一层的磨料便会出露，继续参与加工，实现多层加工的目的。对于钎焊金刚石锯片，则可以将锯片外端加工成锯齿状或者波浪状，同样可取得上述效果。此种方法所制备的多层钎焊效果是通过改进基体的物理结构来实现，在应用过程中虽然取得了一定的效果，但由于会遇到基体与磨粒的同步磨损不匹配、单层平均寿命降低、加工表面质量较差等问题，导致此类工具的应用范围有一定限制。因此认为此种方式仅可看作“准多层钎焊”，本质上仍然是一种单层钎焊工艺。

另一种多层钎焊工具的制备是参考传统烧结金刚石工具的工艺，将金刚石、焊料、造孔剂按一定比例配混，冷压、烧结制备而成。此种工艺所制备的工具多为精密磨具。磨料粒度小，多应用于磨削，而且通过相关资料分析认为，此种工具虽然在磨料表面产生了一定的化学反应，使磨料与胎体结合具有一定的钎焊效果，但其磨料的出露、磨粒的把持强度，多层磨削性等方面仍然存大较大的困难，磨料粒度大容易脱落，磨料出露低，排屑效果差，多层的磨削效果不明显甚至无法持续。因此认为此种方法没有从根本上对多层钎焊磨料的结构进行设计优化，难以超出传统烧结金刚石工具的窠臼。