金剛石釬焊的現(xiàn)狀

　    目前，用釬焊法制作金剛石(或立方氮化硼)工具已開始成為熱點(diǎn)技術(shù)，但僅局限于單層工具，對于多層實(shí)現(xiàn)“孕鑲”尚未見有成果發(fā)表。國外的釬焊技術(shù)研究始于20世紀(jì)80年代后期，但由于工作復(fù)雜至今仍停留在實(shí)驗(yàn)階段，其應(yīng)用也僅局限于單層工具；國內(nèi)的高溫釬焊技術(shù)研究起步較晚，與發(fā)達(dá)國家相比，研究的廣度和深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因而目前進(jìn)展十分緩慢，但隨著我國加入WTO，研究的步伐必然逐漸加速。

　　(1)國外高溫金剛石釬焊工具的研究狀況

　　瑞士AKChattopadhyay等用火焰噴鍍法(氧—乙炔焊槍)把釬料合金鍍于工具鋼基體上，并將金剛石(不包衣)布排于焊料層面上，然后在1080℃、氬氣保護(hù)下感應(yīng)釬焊30秒來實(shí)現(xiàn)金剛石與鋼基體結(jié)合。釬料合金中的Cr作為一種強(qiáng)碳化物元素，在釬焊過程中向金剛石表面富集而實(shí)現(xiàn)金剛石的表面金屬化。

　　Wiand等在美國zhuanli上介紹的方法是：焊料(Ni-Cr)金屬粉加有機(jī)粘結(jié)劑制成釬焊漆，把包衣金剛石粘在工具鋼基體上，然后涂附釬焊漆，再加熱到一個適中的溫度并保溫一定時間以排除揮發(fā)物質(zhì)。在真空爐(真空度1.333×10-2Pa)或干式氫氣爐中加熱到1100℃左右，保溫1小時，釬焊的同時完成金剛石的表面金屬化。

　　一些zhuanli中也同樣采用Ni-Cr合金釬料實(shí)現(xiàn)了釬焊，釬料中還包括Fe、B元素或Si、Mo等。例如，在文獻(xiàn)〔14〕中采用含Si或Si和Ti的Ni-Cr合金釬料在真空爐中實(shí)現(xiàn)釬焊，釬焊溫度為1126～1176℃；文獻(xiàn)〔15〕采用Cu基含W、Fe、Cr、B、Si等釬料釬焊金剛石砂輪；文獻(xiàn)〔16〕用Ag-Mn-Zr銀基釬料來釬焊金剛石工具，從而替代電鍍工具。

　　德國的ATrenker等在釬焊過程中分別采用了鎳基活性釬料和鎳基釬料來實(shí)現(xiàn)金剛石與基體的結(jié)合。由與電鍍工具的對比圖可以看出，高溫釬焊金剛石工具的性能比電鍍金剛石工具優(yōu)異得多，釬焊工具(使用活性釬料和PDA989、PDA665金剛石)起始磨削性能是電鍍工具(鎳基釬料和PDA665金剛石)的3.5倍以上，壽命是電鍍工具的3倍以上；由于釬焊工具有較大的容屑空間，金剛石磨粒有較大的自.由切削面且磨粒間空間較多，使切屑很容易被排除，所以釬焊金剛石工具的磨削性能好。

　　(2)國內(nèi)高溫金剛石釬焊工具的研究狀況

　　第四軍醫(yī)大學(xué)和西安交通大學(xué)在國內(nèi)外釬焊金剛石研究的基礎(chǔ)上，采用真空爐(真空度為0.2Pa)內(nèi)高溫釬焊的方法，以NiCr13.P9合金為釬料，配以少量Cr粉，在高溫(950℃)加壓(4.9MPa)的條件下進(jìn)行釬焊，從而實(shí)現(xiàn)了金剛石與鋼基體間的牢固結(jié)合。釬料均勻分布于砂輪表面，金剛石已被牢固釬焊，觸摸砂輪表面感覺相當(dāng)銳利粗糙。釬料在金剛石磨粒間分布均勻，金剛石出刃高度高。其耐用度較電鍍砂輪有了明顯提高，工作后僅有少量金剛石脫落。

　　南京航.空航.天大學(xué)的肖冰等利用高頻感應(yīng)釬焊的方法，用Ag-Cu合金和Cr粉共同作中間層材料，在空氣中感應(yīng)釬焊35秒，釬焊溫度780℃，實(shí)現(xiàn)了金剛石與鋼基體間的牢固結(jié)合。姚正軍等利用在Ar氣保護(hù)爐中感應(yīng)釬焊的方法，用Ni-Cr合金粉末做釬料，真空感應(yīng)釬焊30秒，釬焊溫度1050℃，實(shí)現(xiàn)了金剛石與鋼基體的牢固連接。利用掃描電鏡和X射線能譜儀，結(jié)合X射線衍射結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)在釬焊過程中Cr元素金剛石界面形成富Cr層并與金剛石表面的C元素反應(yīng)生成Cr3C2和Cr7C3，這是實(shí)現(xiàn)合金層與金剛石有較高結(jié)合強(qiáng)度的主要因素。磨削實(shí)驗(yàn)采用大切深、緩進(jìn)給、重負(fù)荷進(jìn)行，從砂輪磨削后的表面形貌來看，沒有金剛石整顆脫落，金剛石磨粒屬正常磨損，說明金剛石有較高的把持強(qiáng)度，適合于高.效磨削加工。

　　作者所在課題組在國內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上，采用Ni82CrBSi合金片狀釬料，金剛石均勻排布在釬料片上，在低真空熱壓燒結(jié)爐中實(shí)現(xiàn)釬焊，對釬焊金剛石工具進(jìn)行了初步研究，并且探索如何將釬焊這一技術(shù)用于孕鑲工具中。從優(yōu)化金剛石在胎體中的排布方式、金剛石粒度、濃度等靜態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)及有效金剛石數(shù)量、金剛石間距等動態(tài)參數(shù)出發(fā)，實(shí)現(xiàn)單層金剛石在橫向平面的有序排布，再通過疊層法在縱向呈錯落排布，實(shí)現(xiàn)工作層中金剛石具備連續(xù)工作能力。為檢驗(yàn)胎體對金剛石的包鑲能力，特制作一只表鑲金剛石鉆頭，進(jìn)行5次開.刃實(shí)驗(yàn)，并測得其平均出刃值。通過對釬焊單層工具金剛石出刃高度的測試(金剛石為45/50目)，發(fā)現(xiàn)了其出刃值可達(dá)到百分之70以上，可以看出，釬焊技術(shù)可使金剛石與胎體的結(jié)合強(qiáng)度大大提高。對金剛石鉆頭(φ63mm)進(jìn)行鋼筋混凝土鉆進(jìn)模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，鉆頭在鉆齒磨損近2mm時仍能繼續(xù)工作，從理論上講已經(jīng)有兩層金剛石參與了工作，這似乎說明了可以實(shí)現(xiàn)“孕鑲”，具體的應(yīng)用工藝仍在進(jìn)一步研究之中。

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