本發(fā)明涉及超硬磨料工具制備領(lǐng)域，特別是一種基于保護(hù)涂層的釬焊超硬磨料工具制備方法。
背景技術(shù)：
超硬磨料是指以人造金剛石、立方氮化硼等為代表的硬度極高的磨料，主要應(yīng)用于金屬或非金屬材料的加工中，包括切割、鉆削和磨削加工。
釬焊是指利用一定成分的焊料填充于母材之間，通過一定方式加熱，使得焊料熔化，從而將母材牢固連接在一起的工藝。釬焊超硬磨料即利用合金焊料熔化，并且可以與超硬磨料以及基體之間發(fā)生化學(xué)冶金發(fā)應(yīng)，從而將兩者牢固地連接在一起。
常用的合金焊料包括：鎳基合金焊料、銅基合金焊料、銀基合金焊料等三大焊料體系。對超硬磨料的釬焊已有幾十年的歷史，目前已可以較好地對人造金剛石、立方氮化硼進(jìn)行釬焊。并依據(jù)此原理制備了系列超硬磨料工具，廣泛應(yīng)用于石材、金屬、復(fù)合材料等領(lǐng)域。
目前將超硬磨料焊接于基體表面的工藝已出現(xiàn)多種，目前的方法均涉及到超硬磨料磨粒與焊料的排布以及順序，如先排布超硬磨料，再布灑合金焊料顆粒，又如先排布合金焊料，再布灑超硬磨料，又如將合金焊料攪拌成膏狀后先涂抹于基體上，再布灑超硬磨料。
上述方法所制備的工具多應(yīng)用于真空釬焊或保護(hù)氣體環(huán)境中進(jìn)行釬焊。采用保護(hù)氣氛釬焊，主要有如下三個(gè)方面的原因。
1.可以有效保護(hù)高溫下超硬磨料的性能，包括硬度、抗氧化能力等。以金剛石為例，其在750度的空氣中即可發(fā)生石墨化，若無保護(hù)環(huán)境，極易使超硬磨料喪失原有性能。
2.保護(hù)環(huán)境亦可保護(hù)合金焊料粉末不受空氣中成分的影響，如銅基合金焊料受空氣中的氧氣、氮?dú)獾挠绊懀虼嗽阝F焊時(shí)需要采用真空或氬氣保護(hù)氣氛，這種保護(hù)措施雖然有效保證了釬焊性能，但也極大地提高了釬焊成本，由于采用真空環(huán)境，增加的抽真空設(shè)備較無真空設(shè)備成本高一倍不止，保護(hù)氣氛需要在整個(gè)釬焊過程中存在，極大增加了焊接成本。
3.采用保護(hù)環(huán)境釬焊，鋼基體表面的氧化程度可以減少至最小。但由于不參加加工的工具鋼基體表面對氧化程度基本無要求，因此此部分可以盡量保證焊接區(qū)域的鋼基體表面不氧化即可。
由于高真空設(shè)備價(jià)格昂貴，保護(hù)氣體成本較高，使得超硬磨料釬焊工具成本居高不下，雖然在性能上已優(yōu)于電鍍超硬磨料工具，但由于制備工藝的復(fù)雜與昂貴，使得釬焊超硬磨料工具未在優(yōu)勢領(lǐng)域完全取代電鍍工具以及樹脂工具。
因此，如何采用一定的保護(hù)措施，使得超硬磨料、合金焊料、基體不受空氣中氧、氮等成分的影響，成為降低釬焊成本，提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種基于保護(hù)涂層的釬焊超硬磨料工具制備方法，該基于保護(hù)涂層的釬焊超硬磨料工具制備方法通過提供一種保護(hù)涂層，在無需真空環(huán)境或保護(hù)氣氛環(huán)境，僅需提供熱源與加熱腔的情況下，即可制備出性能優(yōu)良的釬焊超硬磨料工具。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
一種基于保護(hù)涂層的釬焊超硬磨料工具制備方法，釬焊超硬磨料工具包括工具基體和釬焊在工具基體表面的超硬磨料，制備方法包括如下步驟。
步驟1，清理工具基體表面：將工具基體表面進(jìn)行除銹、除油清理。
步驟2，布料：清理完成后，在工具基體表面需要釬焊超硬磨料區(qū)域進(jìn)行排布超硬磨料與合金焊料；排布有超硬磨料與合金焊料的工具基體表面稱之為布料區(qū)域。
步驟3，添加保護(hù)涂層:在步驟2中布料區(qū)域的頂部添加保護(hù)涂層；保護(hù)涂層是由粘合劑將保護(hù)顆粒均勻粘附在布料區(qū)域上形成；粘合劑為粘結(jié)劑和稀釋劑配比形成的混合物；保護(hù)顆粒的粒徑為120目~2000目；當(dāng)溫度不超過1040°時(shí)，保護(hù)顆粒不與超硬磨料、合金焊料、空氣、粘結(jié)劑以及稀釋劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
步驟4，將添加有保護(hù)涂層的工具基體送至加熱腔，進(jìn)行釬焊加熱，釬焊加熱溫度不高于1040℃。
步驟5，去除保護(hù)涂層：釬焊完成后，去除表面保護(hù)涂層，即得到超硬磨料釬焊工具。
所述步驟3中，保護(hù)涂層的添加方式為：先將粘結(jié)劑與稀釋劑按體積比1:1~1:15將保護(hù)顆粒均勻混合，攪拌形成膏狀保護(hù)顆粒；然后在布料區(qū)域表面涂覆一層膏狀保護(hù)顆粒，形成保護(hù)涂層。
所述步驟3中，保護(hù)涂層的添加方式為：先將粘結(jié)劑與稀釋劑按體積比1:1~1:15混合后噴灑在布料區(qū)域上，再將保護(hù)顆粒均勻布灑；然后再噴灑粘結(jié)劑與稀釋劑的混合物，接著再將保護(hù)顆粒均勻布灑，并重復(fù)以上過程，重復(fù)次數(shù)根據(jù)制備的超硬磨料工具粒度大小、焊接區(qū)域大小、合金焊料成分進(jìn)行綜合確定。
所述步驟3中的保護(hù)顆粒為二氧化鈦、氧化鋁、氧化硅、大理石、石英和螢石的一種或多種。
所述步驟4中，釬焊加熱為電阻加熱，電阻加熱的加熱曲線包括緩慢加熱排氣階段、穩(wěn)定升溫階段、保溫階段和降溫階段；其中緩慢加熱排氣階段的加熱溫升速率不高于12°/分鐘，穩(wěn)定升溫階段的加熱溫升速率不高于20°/分鐘，保溫階段的保溫時(shí)間不超過120分鐘，降溫階段的降溫速率不高于35°/分鐘。
所述步驟4中，釬焊加熱為感應(yīng)加熱，感應(yīng)加熱時(shí)的升溫時(shí)間不低于120秒，保溫時(shí)間不低于30秒。
所述超硬磨料為人造金剛石、立方氮化硼、聚晶金剛石和聚晶立方氮化硼中的一種；超硬磨料的粒度在1目~300目之間。
所述步驟2中的合金焊料為鎳基合金或銀基合金或銅基合金，且合金焊料中含有鈦元素或鉻元素。
所述步驟3中，稀釋劑的揮發(fā)溫度低于280°，且稀釋劑在揮發(fā)前不與超硬磨料、合金焊料、工具基體以及保護(hù)顆粒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
所述步驟3中，粘結(jié)劑的揮發(fā)溫度低于550度，且粘結(jié)劑在揮發(fā)前不與超硬磨料、合金焊料、工具基體以及保護(hù)顆粒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
本發(fā)明采用上述方法后，通過保護(hù)涂層的添加，由于保護(hù)涂層中的保護(hù)顆粒較細(xì)，故在粘結(jié)劑與稀釋劑成分揮發(fā)后，仍然能夠形成致密的保護(hù)殼層，以阻隔空氣中的氧與氮等成分與超硬磨料或合金焊料成分反應(yīng)。此外，高溫的加熱腔具有膨脹的趨勢，能使得空氣成分不易進(jìn)入加熱腔，上述效果能夠?qū)崿F(xiàn)超硬磨料工具釬焊時(shí)無保護(hù)氣氛或真空環(huán)境，有效地降低了設(shè)備成本，并提高了加熱速率與生產(chǎn)效率，有利于降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品競爭力。
具體實(shí)施方式
下面就具體較佳實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
釬焊超硬磨料工具包括工具基體和釬焊在工具基體表面的超硬磨料。所述超硬磨料優(yōu)選為人造金剛石、立方氮化硼、聚晶金剛石和聚晶立方氮化硼等中的一種；超硬磨料的粒度在1目~300目之間。
一種基于保護(hù)涂層的釬焊超硬磨料工具制備方法，包括如下步驟。
步驟1，清理工具基體表面：將工具基體表面進(jìn)行除銹、除油清理。
步驟2，布料：清理完成后，在工具基體表面需要釬焊超硬磨料區(qū)域進(jìn)行排布超硬磨料與合金焊料；排布有超硬磨料與合金焊料的工具基體表面稱之為布料區(qū)域。
上述合金焊料優(yōu)選為鎳基合金或銀基合金或銅基合金等，且合金焊料中含有鈦元素或鉻元素，因而能在一定溫度下不與超硬磨料發(fā)生化學(xué)冶金反應(yīng)。
步驟3，添加保護(hù)涂層:在步驟2中布料區(qū)域的頂部添加保護(hù)涂層；保護(hù)涂層是由粘合劑將保護(hù)顆粒均勻粘附在布料區(qū)域上形成。
粘合劑為粘結(jié)劑和稀釋劑配比形成的混合物。
上述保護(hù)顆粒優(yōu)選為二氧化鈦、氧化鋁、氧化硅、大理石、石英和螢石等的一種或多種。
保護(hù)顆粒的粒徑為120目~2000目；當(dāng)溫度不超過1040°時(shí)，保護(hù)顆粒不與超硬磨料、合金焊料、空氣、粘結(jié)劑以及稀釋劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
上述稀釋劑的揮發(fā)溫度優(yōu)選低于280°，且稀釋劑在揮發(fā)前不與超硬磨料、合金焊料、工具基體以及保護(hù)顆粒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
上述粘結(jié)劑的揮發(fā)溫度優(yōu)選低于550度，且粘結(jié)劑在揮發(fā)前不與超硬磨料、合金焊料、工具基體以及保護(hù)顆粒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
上述保護(hù)涂層的添加方式優(yōu)選具有如下兩種方式，使用時(shí)根據(jù)需要進(jìn)行選擇。
第一種方式：先將粘結(jié)劑與稀釋劑按體積比1:1~1:15將保護(hù)顆粒均勻混合，攪拌形成膏狀保護(hù)顆粒；然后在布料區(qū)域表面涂覆一層膏狀保護(hù)顆粒，形成保護(hù)涂層。
第二種方式：先將粘結(jié)劑與稀釋劑按體積比1:1~1:15混合后噴灑在布料區(qū)域上，再將保護(hù)顆粒均勻布灑；然后再噴灑粘結(jié)劑與稀釋劑的混合物，接著再將保護(hù)顆粒均勻布灑，并重復(fù)以上過程，重復(fù)次數(shù)根據(jù)制備的超硬磨料工具粒度大小、焊接區(qū)域大小、合金焊料成分進(jìn)行綜合確定。
步驟4，將添加有保護(hù)涂層的工具基體送至加熱腔，進(jìn)行釬焊加熱，釬焊加熱溫度不高于1040℃。
當(dāng)將添加有保護(hù)涂層的工具基體送進(jìn)加熱腔之前，加熱腔可以加熱，也可以不加熱。當(dāng)加熱腔加熱時(shí)，加熱腔內(nèi)的溫度不高于粘結(jié)劑的揮發(fā)溫度。工具基體送入加熱腔后，再進(jìn)行釬焊加熱。
釬焊加熱的方式有多種，如電阻加熱、感應(yīng)加熱或激光加熱等方式，加熱腔根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。
下面就兩種主要釬焊加熱方式進(jìn)行詳細(xì)說明：
方式一：當(dāng)為電阻加熱時(shí)，電阻加熱的加熱曲線優(yōu)選包括緩慢加熱排氣階段、穩(wěn)定升溫階段、保溫階段和降溫階段；其中緩慢加熱排氣階段的加熱溫升速率不高于12°/分鐘，穩(wěn)定升溫階段的加熱溫升速率不高于20°/分鐘，保溫階段的保溫時(shí)間不超過120分鐘，降溫階段的降溫速率不高于35°/分鐘。
方式二：當(dāng)為感應(yīng)加熱時(shí)，感應(yīng)加熱時(shí)的升溫時(shí)間優(yōu)選不低于120秒，保溫時(shí)間不低于30秒。
步驟5，去除保護(hù)涂層：釬焊完成后，去除表面保護(hù)涂層（去除方式最好提及下），即得到超硬磨料釬焊工具。另外，保護(hù)涂層中的保護(hù)顆粒由于性質(zhì)穩(wěn)定，因此在焊后可以進(jìn)行收集，重復(fù)利用，極大降低了生產(chǎn)成本。
下面以兩種優(yōu)選實(shí)施例對上述制備方法進(jìn)行詳細(xì)的闡述。
實(shí)施例1
一種用于打磨鑄件表面毛刺的鎳基釬焊金剛石磨盤，其規(guī)格為125mm。
制備參數(shù)：超硬磨粒為粒徑為35目的金剛石；合金焊料采用鎳基合金焊料，其主要成分為：鎳-鉻-硼硅，合金焊料的粒度為40目。釬焊時(shí)，要求超硬磨粒出露高，無合金焊料包覆，超硬磨料焊后損傷小。
具體制備方法如下：
步驟1，金剛石磨盤去油、噴砂去銹處理。
步驟2，清理完成后，在待焊區(qū)域刷涂一層粘合劑，該粘合劑由粘結(jié)劑與稀釋劑按體積比1: 2配制。接著，在刷涂有粘合劑的待焊區(qū)域布灑金剛石和鎳基合金焊料，形成布料區(qū)域。
步驟3，先將乙醇與純凈水按1:7.5體積比混合形成混合物，其中乙醇為粘結(jié)劑。然后將形成的混合物與保護(hù)顆粒按1:5比例進(jìn)行混合，調(diào)制成膏狀保護(hù)顆粒，保護(hù)顆粒采用二氧化鈦粉末，其粒度600目。接著，將膏狀保護(hù)顆粒用細(xì)毛軟刷涂覆于金剛石與鎳基合金焊料表面，用量為每平方厘米2~6g之間。
步驟4，將步驟3制備的金剛石磨盤在加熱箱中加熱，最高溫度不超過1020度，保溫15分鐘，爐冷。
步驟5，待冷卻到室溫后，去除表面二氧化鈦粉末即可得到所要制備的磨盤。另外，二氧化鈦粉末收集后待下次使用。
實(shí)施例2
制備一款鉆削高硬陶瓷的釬焊金剛石孔鉆，要求鉆削鋒利，效率高。也即，超硬磨料為金剛石，且其粒度為50目。金剛石孔鉆的規(guī)格為10mm。
由于鉆頭外徑小，尺寸精度要求較高，且鉆削要求鋒利，金剛石應(yīng)能盡量出露。具體制作方法，包括如下步驟：
步驟1，金剛石鉆頭整體噴砂去銹。
步驟2，布料。
將粘結(jié)劑與稀釋劑按1:4混合，并與300目的鎳基合金粉末混合均勻成膏狀。
將膏狀鎳基合金涂抹于金剛石鉆頭頂端與內(nèi)外側(cè)面，保證涂抹均勻。然后將50目的金剛石布灑于膏狀鎳基合金表面，并保證布灑均勻。
步驟3，添加保護(hù)層。
第一步，將粘結(jié)劑與稀釋劑按1：10混合形成粘合劑，將該粘合劑在步驟2中布灑有金剛石的金剛石鉆頭表面噴灑一層。
第二步，布灑600目的二氧化鈦粉末。
重復(fù)第一步和第二步驟兩次。
步驟4，利用感應(yīng)釬焊加熱，感應(yīng)頻率600KHz，加熱時(shí)間160秒，保護(hù)時(shí)間30秒。
步驟5，釬焊后除去表面保護(hù)涂層，即可得到所要的鉆頭；然后保護(hù)涂層回收待用。
以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種等同變換，這些等同變換均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。