高效耐用金刚石钎焊切割片研制 毕业论文.doc

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1、1 2007 届毕业生 毕业论文 题题 目目: : 高效耐用金刚石钎焊切割片研制高效耐用金刚石钎焊切割片研制 院系名称：院系名称： 材料学院材料学院 专业班级：专业班级： 材料材料 F0703F0703 学生姓名：学生姓名： 学学 号：号： 2007492071620074920716 指导教师：指导教师： 教师职称：教师职称： 副教授副教授 2011 年年 5 月月 15 日日 I 摘 要 金刚石切割锯片中，磨料主要靠机械夹持力把持在金属(烧结或电镀)胎体中。 由于这一弱点，在切割过程中，金刚石不可避免地会从胎体中脱落或掉出。此外， 金刚石突出高度较低，故金刚石工具的切割速度受到限制。而且，

2、金属胎体和工作 对象(被切割岩石)相互磨擦，将会导致金刚石和其它材料的热损伤，而且工作的功 率消耗将增加。针对这一弱点，采用真空钎焊法制造了单层金刚石切割片。实验证 明：金刚石采用钎焊的办法牢固地把持在金属胎体中，可形成强力的化学结合，金 刚石磨料的突出高度将成倍提高，而不会从胎体中脱落或碎裂。结果表明:钎焊金刚 石的出刃高度可达70%。在钎焊过程中,Ni-Cr合金钎料中的活性元素Cr向金刚石表面 富集,Ni-Cr合金钎料中的Ni、Cr原子和胎体中的Co原子相互扩散使得胎体与金刚石 结合牢固。钎焊多层均布钻头在工作中能够实现金刚石的自锐,具备连续加工能力。 因此，金刚石切割片的速度也将会成倍提

3、高。当金刚石钎焊在基体的表面时，熔化 趋向于将金刚石聚集在一起，可促使钎焊层局部加厚。这种金刚石晶粒的成簇聚集 将降低金刚石工具的切割效率。一种金刚石矩阵有序排列设计(grid)是必要的，它 可保持钎焊层具有均匀的厚度。这种整体均匀焊层的支承可使金刚石工具高速有效 切割，而功率消耗较低。因此，以达到高效耐磨的优良性能。 关键词：金刚石、真空钎焊、镍-铬合金、性能。 III Title Efficient and durable brazed diamond cutting tablet Abstract Diamond cutting blade, the abrasive mainly do

4、minated by mechanical clamping force in the metal (sintering or plating) in the matrix. Because of this weakness, in the cutting process, the diamond will inevitably come off from the carcass or fall out. In addition, diamond prominent at low altitudes, so the diamond tool cutting speed is limited.

5、Moreover, the metal matrix and target (to be cut rock) mutual friction, diamond and other materials will lead to thermal damage, and the work of the power consumption will increase. In response to this weakness, manufactured by vacuum brazing sheet of single layer of diamond cutting. Experimental re

6、sults show: Diamond brazing method used firmly in control in the metal matrix can form strong chemical bonding, a prominent diamond abrasive height will increase exponentially, and not from the carcass in the loss or fragmentation. The results showed that: brazing of diamond protrusion height up to

7、70%. In the brazing process, Ni-Cr alloy solder compound of the active element to the diamond surface enrichment of Cr, Ni- Cr alloy solder compound of Ni, Cr atoms and Co atoms in the matrix makes the matrix of mutual diffusion combined with the diamond Firm. Uniform multi-bit soldering work to ach

8、ieve self-sharpening diamond, with continuous processing capacity. Therefore, the rate of diamond cutting disc will also be doubled. When the diamond brazing surface of the substrate, the melt tends to be diamond together, can contribute to local thickening brazing layer. The diamond grains cluster

9、together will reduce the efficiency of diamond cutting tools. Orderly arrangement of a diamond design matrix (grid) is necessary, it can maintain the brazing layer has a uniform thickness. The overall level of support even welding diamond tools enable effective cutting speed, and power consumption l

10、ow. Therefore, in order to achieve good performance of high wear. Key words: diamond、 vacuum brazing、 nickel - chromium alloy、 performance。 III 目 次 摘 要I ABSTRACTII 1绪论.1 1.1 前言.1 1.2 金刚石钎焊切割片的发展现状2 2主要的实验设备 ZKR-型真空炉2 2.1ZKR-型真空炉的构造.2 2.2 使用方法3 3钎料的配制及优化.3 3.1 CR-C 结合桥 .4 3.2 钎料优化配制试验4 3.3 钎料钎焊温度的确定.

11、7 4基体的设计.8 4.1 基体尺寸形状8 4.2 基体材质9 5钎焊切割片生产实验.11 5.1 金刚石钎焊切割片生产工艺流程11 5.1 切割片基体处理11 5.5.1 打磨11 5.1.2 除油11 5.1.3 除锈12 5.1.4 喷砂12 5.2 金刚石焊前处理12 5.2.1 酸洗12 5.2.2 磁选12 5.3 上砂布料13 5.3.1 上砂布料中金刚石的均匀、优化排布问题13 5.3.2 切割片上砂布料13 5.4 装炉钎焊14 6钎焊金刚石锯片各种性能检测.15 6.1 金刚石焊前焊后单颗粒静压强度对比检测15 6.1.1 焊前单颗粒静压强度测试15 6.1.1 焊后单颗

12、粒静压强度测试16 6.2 钎料钎焊后硬度测试.16 6.3 金刚石钎焊形貌观测.17 6.4 切割实验 .17 6.5 X 衍射分析18 7结论.18 致 谢20 参考文献21 1 1 1绪论绪论 近年来国内外开始关注金刚石单层钎焊工具在高速机械加工中的应用,单 层钎焊制造金刚石工具有诸多优点。基体通过钎料与金刚石形成冶金结合,结合 强度高,可以保证金刚石工具有较高的出刃,因而工具的锋利度大,容屑空间大， 不宜堵塞,同时提高了金刚石的利用率,降低了工具的制造成本。在金刚石切割 锯片上采用钎焊技术,在不降低工具寿命的基础上,使金刚石的用量减少了一半, 切割速度增加了 2 倍;单层钎焊技术应用到

13、石材加工工具上,是金刚石锯切工具 设计上的一次革命,因为钎焊技术带来的不仅是生产效率的大幅提高,并且伴随 着成本的大幅降低但从目前的研究状况来看,核心是如何提高对金刚石的把持力,在 此前提下,寻求与金刚石相适应的钎料,合适的工艺，成为研究的重点。 1.11.1 前言前言 钎焊金刚石切割片是采用钎焊的办法把金刚石磨料焊接在钢基体上所制作 的石材切割工具,通过钎料与金刚石之间碳化物的形成,实现了它们之间的化学 冶金结合而获得很高的结合强度,既解决了烧结和电镀金刚石工具、金刚石颗粒 与基体结合力不足的问题,又使金刚石颗粒出露在其高度一半以上（高达直径的 70%），有利于排屑,如图 1 所示普通电镀与

14、钎焊金刚石相比形貌图，使得钎焊 金刚石工具特别锋利，且大幅度延长使用寿命。因此成为国内外学者及厂家的 研发热点之一。其中最常用的钎料包括 Ag-Cu-T,i Ni-Cr,Cu-Sn-T,i Ni-Cr- P。而本设计中，重要是在以往钎焊的工艺的基础上，并进行改进，根据金刚石 切割片这一不同的产品，对切割片的钎焊工艺，基体形状，基体处理工艺及钎 料的改良，钎焊金刚石的性能检测做了详细的论述。对于钎料的选择，采用市 场上的 Ni-a、Ni-c、Ni-e、三种不同的焊料，向其加入一定份数的 8020 焊料， 用于配置不同 Gr 含量的焊料，通过实验，选择性能优良并且具有合适的 Gr 含 量的焊料。对

15、于基体设计采用国标 GB/T 11270.1-2002 中的尺寸及技术要求。 实验设备采用 ZKR-型真空炉。本设计就是要先通过实验，选出合适的钎焊焊 料，然后优化合适的参数工艺，最后通过用自己设计的基体，制备出切割片样 品，并进行检测其性能，最后得到适合生产的生产工艺及钎料配方及产品等。 2 图 1 电镀金刚石与钎焊金刚石工具界面对比图 1.21.2 金刚石钎焊切割片的发展现状金刚石钎焊切割片的发展现状 统观我国制造的各种金属基体的金刚石切割片,金刚石颗粒仅仅被机械的 镶嵌在金属基体中, 在使用时, 金刚石极易脱落。 据估测镶嵌式金刚石工具 中，金刚石利用率仅为 60 %左右, 而全世界的金

16、刚石切割片应用及其广泛， 这意味着每年有数千万克拉的昂贵金刚石脱落而流失于废屑之中, 其价值损 失甚为惨重。因此，寻求钎焊金刚石合金材料和探索合金钎料对金刚石浸润 和粘结机理,以实现金刚石与合金钎料之间有较好的化学冶金结合，增强金属 基体对金刚石的把持力，是节约金刚石、提高我国金刚石工具水平的关键。 而研制钎焊金刚石切割片正是为了解决这一难题提出的。 2 2主要的实验设备主要的实验设备 ZKR-ZKR-型真空炉型真空炉 由于钎焊温度很高，足以把金刚石碳化，所以在钎焊金刚石时，必须为 金刚石提供高真空或者惰性气体气氛。而本设计主要采用高真空状态以防止 金刚石碳化，为了在真空状态下并且提供合适的钎

17、焊温度，所以本实验采用 ZKR-型真空炉，以达到实验要求的条件。 2.12.1ZKR-ZKR-型真空炉的构造型真空炉的构造 真空烧结炉（如图 2）是在真空环境中对被加热物品进行保护性烧结的 炉子，其加热方式比较多，如电阻加热、感应加热、微波加热等。本设备是 采用的电阻加热。结构形式为立式。其主要组成为：电炉本体、真空系统、 水冷系统、气动系统、液压系统、底座、工作台、感应加热装置 (钨加热 体及高级保温材料 )、进电装置、中频电源及电气控制系统等。 3 图 2 ZKR-型真空炉 2.22.2 使用方法使用方法 在保证空压机压力在 0.4MPa-0.6MPa 范围内，打开“气泵”开关， 关闭“进

18、气手动阀” “排气手动阀” “电离手动阀”控制方式选择 “手动”控制。 启动“空气开关”，系统进图带电工作状态。检查所有的冷却水系 统是否正常循环。 打开真空泵开关，1min 后打开“预抽阀开关”。 当罗茨泵上的真空压力表显示小于 0.05MPa 后打开“罗茨泵开关”， 系统进入抽低真空状态，并打开“扩散本开关”对扩散泵开始预热 一个小时，并做好记录。 当扩散泵预热好并且“真空室 2”小于 50Pa 后关闭“前级阀开关” 依次“电离手动阀开关”、“前阀开关”、“高阀开关”。系统进 入抽高空状态。 当炉内低真空稳定后开始预热炉腔，打开加热开关（预热电压不要 超过 10V），预热 10-15min

19、。此后根据工艺对工件进行烧结。 3 3钎料的配制及优化钎料的配制及优化 在金刚石工具的钎焊过程中，选择何种钎料至关重要，所选用的钎料要 对金刚石或镀层有良好的湿润性，湿润角不能过大，钎料与金刚石、基体三 4 者之间能形成高强度的冶金结合；钎料的熔点一定要低于钎焊温度50100 ；钎料与金刚石的热膨胀系数应相差不大，以免大的残余应力影响对金刚 石的把持力；钎料中所含的金属元素要保证金刚石性能的稳定，不能对金刚 石有过度的侵蚀(如Fe、Go、Ni等)；另外，钎料的耐磨性要与金刚石、石材 相匹配，钎料太软，先于金刚石被磨损，导致金刚石出刃过快而脱落；钎料 太硬，工作一段时间后，出刃高度下降，工具的锋

20、利度及寿命随之降低 。 3.13.1 Cr-CCr-C 结合桥结合桥 铬的碳化物是一种在高温环境下具有良好的耐磨、抗氧化的高熔点的无 机材料，如Cr3C的熔点为1890 ，是目前使用较多的钎焊结合桥。NiGr合 金本身结合强度高，耐磨削、耐高温性能好，是目前国内外应用最广泛的合 金钎料。在高温钎焊时，Cr与金刚石中的C生成Cr-C，高强度的冶金结合实现 了钎焊金刚石工具的重负荷磨削。 NiGr合金也存在诸多不足，如它的高熔点易使金刚石受到热损伤。为 了改善钎料熔点，我们采用市场上提供的Ni-a、Ni-c、Ni-e（其成分如表1所 示）。三种不同的焊料，并添加不同比例的8020来调节前三种的Gr

21、含量。降 低熔点的同时，选择合适的强度及润湿性最好的配比，以优化选择最为合适 的钎料。 表1 焊料化学成分明细表 焊料名称 GuSnNiGrBSiPFe 8020 Ni-a Ni-c Ni-e 8020 82 82 76 7 7 14 3.5 5 4.5 6 10 3 3.23.2 钎料优化配制试验钎料优化配制试验 在相同的温度压力条件下，此设计主要是对比了 Ni-a、Ni-c、Ni-e 这三 种焊剂的性能，以及这三种焊剂添加不同量的 Gr 元素后的钎焊性能，试验中 发现，这三种焊剂，Ni-a 这种焊剂性能最为优越(如图 3)，从表面观察来看， 焊剂对基体的湿润性好，粘结牢固，没有起皮掉渣现象

22、。而其他焊剂，出现 5 起皮脱落，甚至是出现很多麻点现象，用砂轮与之对磨，就轻易的脱落。而 Ni-a 此种焊剂结合强度高，难以从集体上剥离下去。 图 3 三种不同焊剂与基体的亲和性表现图 Gr 元素对于金刚石钎焊来说，如果可以生成碳化铬中间相，它的加入量 将直接影响着 Gr-C 的生成，最终会导致影响到金刚石的的焊接强度，8020 为市场上最为常见的钎料，其成分为铜锡合金粉末，8020 的加入目的在于调 节 Gr 含量，同时降低烧结温度，以减少金刚石损伤并降低能耗。而 Ni- a、Ni-c、Ni-e 为主要焊剂，实验中，由于铬含量不能高于 5%，因为铬过高， 生成的碳化铬层过厚将导致硬度过大，

23、抗冲击性能反而下降，把持金刚石的 能力也必下降，所以我们实验中，向 Ni-a 中加入 8020 后，配成三种不同 Gr 含量分别为 3%、4%、5%的钎料进行实验（其配比如表 2，其配好的改性钎料 的化学成分如表 3），实验发现，Gr 含量为 5%的焊料对金刚石的包裹最为完 好（如图 4），而 Gr 含量为 4%的试片，钎料不能完整的包裹好金刚石，钎料 的流动性也没那么好，而 Gr 含量为 3%的钎料不能很好的包裹住金刚石，甚 至钎料与金刚石剥离，通过用钢锯条的锯削，Gr 含量为 5%的焊接强度最大， 把持力也最为牢固。从硬度上来说，钎料 Gr 含量为 5%的硬度也最大（如表 4），但从对金刚

24、石的把持力来说，她可以对金刚石提供足够的支撑力，不至 于在高强度重负荷切削下钎料发生形变，导致金刚石脱落。 表 2 改性钎料配料配比表 单位：% 钎料名称 8020 加入量 Ni-a 加入量 6 Ni-a-5% 28.57 71.43 Ni-a-4% 42.86 57.14 Ni-a-4% 27.14 42.86 注：Ni-a-5%是指钎料Ni-a通过调整后，Gr含量为5%的改性钎料 Ni-a-4%是指钎料Ni-a通过调整后，Gr含量为4%的改性钎料 Ni-a-3%是指钎料Ni-a通过调整后，Gr含量为3%的改性钎料 表3 改性钎料化学成分明细表 单位：% 钎料名称 GuSnNiGrBSiFe

25、 Ni-a-5% Ni-a-4% Ni-a-3% 22.86 34.29 45.71 5.71 8.57 11.43 58.59 46.86 25.14 5.00 4.00 3.00 2.50 2.00 1.50 3.21 2.57 1.93 2.14 1.71 1.29 图 4 加入金刚石后不同 Gr 含量的钎料对金刚石的包裹性能图 表 4 改性后不同钎料钎焊后硬度明细表 名称 Ni-a-5% Ni-a-4% Ni-a-3% 7 21 19.9 16 硬 度（HRB） 20 17 14.5 19.2 17.6 14 平均值（HRB） 20.1 18.2 14.8 为了更好的提高钎料与金刚石的

26、润湿性能，使金刚石达到更好的包裹， 我们后期向含有 Gr5%的 Ni-a 中加入了 1%的 Ag，实验发现，Ag 的确能提高钎 料的性能，在后期做产品的时候，特别是形状复杂的产品表现较为突出，它 可是使金刚石与钎料的更加亲和，也改善了产品外观质量，大大提高产品的 品质。如图 5，上边的图未加入 1%的 Ag，对金刚石包裹虽然完整，但是没有 下边加入 1%的 Ag 包裹的更为良好，加入 Ag 后，与金刚石的湿润性更加优良， 大大降低产生对金刚石包裹不完整所造成的缺陷，金刚石也无石墨化现象， 用锯条锯削实验，加入 Ag 粉后的钎料对金刚石的把持力更强，结合强度也大 大提高。 图 5 加 Ag 和不

27、加 Ag 的钎料钎焊对比情况 3.33.3 钎料钎焊温度的确定钎料钎焊温度的确定 钎料的钎焊温度是金刚石钎焊的最重要的一个参数，它将影响最终的钎 焊品质。钎焊温度低，钎料的流动度不够，不能很好的将金刚石润湿，导致 8 金刚石包裹不严，对金刚石的把持不牢，前温度过高，钎料流动度过大，流 失严重，温度高也会影响金刚石的强度，甚至是碳化。 试验中，我们将少量钎料放在陶瓷片上，在高于钎料熔点的温度 50左 右设计一组温度梯度实验，分别为 850、855、860在真空炉内烧结， 烧结好后观看钎料的聚集程度，合适的钎焊温度时，呈聚集状态，如果温度 低，钎料流动度小，则钎料聚集程度不够，钎料会很大程度的保持

28、原有状态， 当钎焊温度高时，钎料流动度大，呈扁平状态。如图 6 所示，中间的为 855状态下的聚集程度，最为合适。而左图温度为 850，温度偏低，右图 为 860温度偏高。 图 6 不同温度下钎料的聚集状态 4 4 基体的设计基体的设计 4.14.1 基体尺寸形状基体尺寸形状 根据钎焊切割片的工作性能，高效快速切割，需要有高强度作支撑，切 割对象为石材，所以，对于转速高、负荷大的基体，我设计成如图所示的基 体，本尺寸采用 GB11270.1-2002 金刚石圆锯片标准设计，集体技术要求应符 合 GB/T16457 的标准要求，其基体形状尺寸如图 6，基体实物如图 7，锯片形 状尺寸如图 8。

29、图 6 基体的形状尺寸图 9 图 7 基体实物图 图 8 锯片成品示意图 4.24.2 基体材质基体材质 基体的材质是否合理直接影响切割片的性能，合理的材质我们从以下几个 方面考虑： 切割片要有低的膨胀系数。当切割片工作时，会产生大量的热，从切 割片的工作层传递到基体上，若基体热膨胀系数过大，切割片自身发 生明显膨胀，这样被加工工件的尺寸就会不一样，就会影响工件的尺 寸控制。另外还会产生歪斜、震动、锋利度不好等问题，所以采用刚 性好的基体为佳，因为刚性好的基体热膨胀系数小。 基体与超硬材料层的热膨胀率应该相同或相近。如果相差太大，就会 产生热应力，两者热膨胀率越大，热应力就越大，在磨削过程中，

30、由 10 于冲击外力的作用下将导致工作层脱落。 基体材质密度小。基体密度越小重量越轻，越利于操作，且重量越轻， 越利于保持加工精度。 基体应有足够的强度。切割片在高速切割的同时，会因为惯性产生很 大的拉应力，会因为塑性变形而导致破坏。 综上所述：此切割片高负荷在高负荷状态下工作，最重要的是高强度，加上 选用合适的热膨胀系数的基体，根据 GB/T24181-2009 选择牌号为 75Gr 的钢 材做基体，其钢材成分如表 5 所示，其强度如表 6 所示，其基体处理方式如 表 7 所示。 表 5 基体的化学成分含量表 化学成分（质量分数）/% NiGuPS 统一 数字 代号 牌号 CSiMnGr 不

31、大于 A207 53 75Gr 0.72- 0.80 0.20- 0.45 0.60- 0.90 0.30- 0.60 0.250.250.0250.025 表 6 所选基体的硬度强度参数 牌号 布氏硬度 HBW 不大于 抗拉强度 Rm/Mpa 75Gr3251090 表 7 基体处理工艺 试样处理制度 淬火回火 牌号 温度/冷却剂温度/冷却剂 硬度 HRC 抗拉强度 Rm/MPa 75Gr770-810 油 400-450 空气 37-451140-11450 11 5 5 钎焊切割片生产实验钎焊切割片生产实验 5.15.1 金刚石钎焊切割片生产工艺流程金刚石钎焊切割片生产工艺流程 金刚石钎

32、焊切割片生产工艺比较简单，概括来说，其工艺流程如图 9 所 示。 图 9 金刚石钎焊切割片生产工艺流程图 5.15.1 切割片基体处理切割片基体处理 5.5.1 打磨 用 80 目以细的砂纸打磨刚基体表面，直至其表面露出正常的金相组织。 5.1.2 除油 将打磨过的刚基体放入盛有水和除油剂的钢盆中，将钢盆放在电热炉上 加热，使其沸腾，加热时间控制在 20min 至 1h 之间，在沸腾除油的过程中， 用镊子不断的翻取基体，以使其充分除油。当用清水冲洗基体表面而形成一 层连续的水膜，则说明除油已彻底。 5.1.3 除锈 12 配制 HCL：H2O = 1:1 的溶液，在其中加入 1g 的若丁，以防

33、止基体在溶 液中发生过腐蚀现象。然后将除油干净的基体放入盛有除锈液的塑料盆中， 进行除锈，除锈过程中用镊子不断地翻动基体，使其充分除锈。时间控制在 大约 5-8min。除锈完毕之后，倒出余酸，因为酸液与基体极易反应，所以必 须用清水充分冲洗，以保证基体的绝对干净，然后将其放在清水中待用。 5.1.4 喷砂 将清水中的基体取出之后用丙酮擦拭处理过的表面，防止表面氧化而造 成金相组织的破坏。然后使用空气压缩机将 100的白刚玉通过气枪喷在其表 面进一步净化表面，露出金相组织。 5.25.2 金刚石焊前处理金刚石焊前处理 5.2.1 酸洗 由于采用原料和合成工艺不同，石墨转变成金刚石的转化率各不相同

34、， 这就意味着反应后的混合物中含有杂质，因此，必须对待用的金刚石进行酸 处理，本试验中采用 HCL：H2O = 1:1 的溶液，将金刚石样品放入盛有酸液的 塑料盆中，让其反应 30min 中左右，直至样品中的杂质除尽，然后倒出余酸， 用水冲洗至中性，下一步待用。 5.2.2 磁选 人工合成的金刚石因为含有 Fe、Co、Ni、Mn 等金属杂质，所以表现出电 磁学性质，因而需要对金刚石样品进行磁选。各主要磁选参数如表 8 所示。 表 8 磁选参数 磁选电流A 下料控制 给料控制 磁辊转速 磁力控制 0.4 12 26 78 50 5.35.3 上砂布料上砂布料 5.3.1 上砂布料中金刚石的均匀、

35、优化排布问题 金刚石均匀、优化排布是提高金刚石工具质量的有效途径，常规的钎焊金 刚石工具，金刚石呈无序状态分布在金属胎体中，易产生偏析与聚集。近几年， 13 人们对金刚石的排布进行了大量的研究，对其排布方式、间距、粒度、排布密 度等一系列参数进行优化。经过优化排布的金刚石工具，工作面上有效磨粒数 增多，出刃均匀，使用性能优异。例如，在加工四川红花岗石板的性能对比试 验中，经优化排布的单层钎焊金刚石锯片的寿命分别为未经优化排布的单层钎 焊金刚石锯片和多层烧结金刚石锯片的120和817 ，加工效率则分别为 1.5倍和4.9倍。目前，实现磨料有序排布的主要技术有复制技术、点胶法、模 板方式和激光快速

36、成型技术等。 日本Noritake公司成功研制了新一代Grit Ace金刚石工具，解决了金刚 石有序排布问题，该工具已申请了16项专利。该公司指出，有序排布金刚石 可以提高磨削效率，并使其承受较小的载荷。金刚石散射呈星岛状布置的杯 形磨轮应用效果非常突出，与电镀杯形磨轮相比，磨削效率提高2倍且工件表 面的粗糙度也有很大的改善。河南华晶工具公司采用了一种人工智能负压吸 附装置及栅栏颗粒取向装置，此装置对颗粒吸附率达100，对颗粒晶面、晶 棱择优取向达85以上，很好的解决了颗粒有序排列及择优取向问题。 在本设计中，我们由于主要研究的是切割片钎料的优化及钎焊工艺问题， 在具体生产中没有对金刚石采用均

37、化及排布，但是通过前人的研究，解决金 刚石的均化排布，可以大大提高金刚石钎焊切割片的切削性能。 5.3.2 切割片上砂布料 切割片上砂布料是个重要的步骤。由于我们钎焊金刚石布料特殊性，没 有金刚石排布专用设备，不能精确的控制金刚石的多少与均匀程度，所以， 在上砂时应尽可能的保证金刚石均匀。 将处理好的切割片基体平放在干净的滤纸上，用毛刷均匀涂抹一层 粘结剂，粘结剂不要过多和过少，表面有层粘结剂薄膜刚好合适。 将金刚石通过筛网均匀的洒在基体上面，撒好后晾干。 均匀的喷上一层二甲苯，然后将钎料通过筛网均匀的洒在金刚石上 面，当金刚石似露非露的时候为佳，然后轻轻的在喷上一层二甲苯。 用相同方式将切割

38、片另一面上砂不料。 14 5.45.4 装炉钎焊装炉钎焊 装炉是个比较细心的过程，此过程需要特别小心，防止钎料因为震动从 基体脱落，钎焊炉内应该保持清洁，防止污染，以免影响真空度。在垫板铺 垫的石墨片一定要经过高温处理，否则不能使用。钎焊过程因严格按照钎焊 炉操作步骤进行，其钎焊温度、真空度曲变化如图 10 所示。 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 12:55 13:10 13:25 13:40 13:55 14:10 14:25 14:40 15:00 15:15 15:30 15:45 16:00 16:15 16:30 16:45 17:00 1

39、7:15 17:30 时间 温度 -1.0E-01 -5.0E-02 0.0E+00 5.0E-02 1.0E-01 1.5E-01 真空度 温度 压力 图 10 钎焊温度真空度走势曲线图 表 9 切割片钎焊实验记录表 时间时间温度温度 压力压力时间时间温度温度 压力压力时间时间温度温度 压力压力 12:55391.3600 14:303550.0033 16:106700.0048 13:00440.8880 14:353550.0028 16:156830.0045 13:05530.0140 14:403550.0022 16:207030.0049 13:10780.0100 14:4

40、53560.0021 16:257240.0051 13:151140.0130 14:503570.0020 16:307480.0055 13:201630.0120 15:003650.0023 16:357620.0000 13:252020.0090 15:053860.0025 16:407760.0068 13:302450.0076 15:104020.0027 16:457900.0088 13:352830.0063 15:154320.0025 16:508030.0079 13:403290.0060 15:204560.0025 16:558120.0071 13:4

41、53540.0057 15:254730.0026 17:008220.0075 13:503530.0058 15:304920.0027 17:058330.0077 13:553540.0063 15:355230.0030 17:108400.0078 14:003540.0065 15:405490.0034 17:158470.0080 14:053520.0050 15:455760.0030 17:208550.0081 14:103530.0049 15:506000.0034 17:258550.0082 15 14:153530.0048 15:556190.0038 1

42、7:308550.0081 14:203520.0045 16:006370.0046 17:358550.0083 14:253540.0040 16:056560.0045 17:35 开始缓慢降温 6 6 钎焊金刚石锯片各种性能检测钎焊金刚石锯片各种性能检测 6.16.1 金刚石焊前焊后单颗粒静压强度对比检测金刚石焊前焊后单颗粒静压强度对比检测 强度是衡量金刚石质量的重要指标，为了与钎焊后的金刚石对强度对比， 需对金刚石样品进行单颗粒静压强度检测。测试方法：首先用二分器将待检 料缩分至适量，再按四分法缩取至约 5 克拉样品置于载玻片上，用刀片刮成 直行，然后从待检料的一端起，按顺序依次摄

43、取一粒置于压头上，逐渐加荷， 直至破碎记下负荷值，按此测 20 粒为止。 （打完强度之后的金刚石装在一个 密封的小容器当中待用）强度值如下表 6 所示 6.1.1 焊前单颗粒静压强度测试 表 10 单颗粒静压强度值测试记录 单位：公 斤 12345678910 26.320.228.915.027.012.012.020.024.010.3 11121314151617181920 10.321.121.122.523.012.013.114.221.015.0 计算 20 颗粒金刚石的单颗粒静压强度： 20 1 7 . 386 n n p 34.19 20 7 . 386 P 67 . 9

44、2 P 由于：大于平均强度的有 11 颗粒，小于平均值二分之一的低于 15%。 所以：此种 45/50 号金刚石单颗粒静压强度为 19.34 千克。 6.1.1 焊后单颗粒静压强度测试 16 表 11 焊后单颗粒静压强度测试记录 单位：公斤 12345678910 41210667.6912612 11121314151617181920 92761591268.899 计算 20 颗粒金刚石的单颗粒静压强度： 20 1 4 . 195 n n p 77 . 9 20 4 . 195 P 由于：27 大于 2 所以舍去。P 19 1 4 . 168 n n p 86 . 8 19 4 .168

45、 P 43 . 4 2 P 由于：大于平均强度的有 13 颗粒，小于平均值二分之一的低于 15%。 所以：此种 45/50 号金刚石单颗粒静压强度为 8.86 公斤。 比较得，经过钎焊后，金刚石的强度大大降低，说明金刚石热损失严重。 6.26.2 钎料钎焊后硬度测试钎料钎焊后硬度测试 钎料硬度并不是影响金刚石把持强度的主要因素，这里只是做一个参考 值，从表 12 中看出，这种钎料的硬度不高，但是不会对金刚石把持力影响太 大。 表 12 钎焊金刚石切割片钎料硬度检测 实验号 1 2 3 17 硬 度（HRB） 21 20 19.2 平均值（HRB） 20.1 6.36.3 金刚石钎焊形貌观测金刚

46、石钎焊形貌观测 用高温钎焊替代电镀开发的金刚石切割片，其初始目的就是利用钎焊的 化学冶金结合，改善磨料、钎料、基体三者问的结合强度(如图 11)，由于高 温钎焊所提供的界面上的结合强度高，仅需将磨料间结合层厚度维持在磨料 高度的 20 30的水平上就能在大负菏的高速高教磨削中牢固地把持住 磨料；同时因为结合层厚度很薄，钎焊砂轮可使磨料裸露高度达到磨料高度 的 70 80 ，磨料间的容屑空间被大大扩展，不易堵塞，有效磨料切刃 更多、更锋利，磨削比能可大大降低，磨除单位体积的金属所产生的热量减 少，再加上大的容屑空间可有效容纳较多的磨削液，使磨削温度大大降低， 可有效防止磨削烧伤，尤其是在高效磨削

47、中更能显示出其无可比拟的优势。 图 11 钎焊金刚石界面形貌 6.46.4 切割实验切割实验 试验中，由于没有找到相应的切割工具，没有用切割片做实验,但是，我 们采用了工艺条件、钎料配方、金刚石等都完全相同的套料到做了钻削实验。 实验采用的设备是台式钻床，加工对象是花岗岩。将调料刀装在台式钻床上， 通上冷却水，对花岗岩进行钻削实验，经过一个小时后，观察金刚石粘结牢 18 固，很少有金刚石脱落，而且切割面平整光滑。 6.56.5 X X 衍射分析衍射分析 在实验条件为：起始角：10，终止角： 90，步宽: 0.01， 波长: 1.5406，电压： 36kV，电流 20mA 的情况下，对样品进行分

48、析。其图谱如图 12 所示，实验发现有碳化铬相的生成，证明了碳和铬进行了反应，说明此种 钎料及钎焊工艺生产出来的金刚石切割锯片不是单纯的机械啮合，而是发生 了化学反应，产生了强有力的化学结合。 图 12 切割片 X 衍射样品分析图谱 7 7 结论结论 钎焊金刚石切割片是个新型的切割片工具。钎焊技术的发现及发展，很 好的解决的金刚石把持力不够的技术难题，实验证明:钎焊金刚石切割片钎料 对金刚石的啮合是含有化学啮合，有中间碳化铬相的生成，金刚石的出韧率 大大提高，高达70%。由于对金刚石的粘结强度的提高，钎焊金刚石切割片的 切割效率远远高于其他工艺制成的切割片。对于钎料，含有5%的铬含量的Ni- a相比其他Ni-c、Ni-e的同类钎料最为合适，能很好的对金刚石形成包裹，结 合最为牢固。含有5%的铬的Ni-a钎料加入Ag后，能显著的提高其钎料性能， 19 改善钎料的亲和性。对于钎焊温度，Ni-a这种钎料的钎焊温度以855最佳。 但是金刚石的钎焊后其单颗粒静压强度大为降低。 致 谢 本课题在选题及研究过程中得到宋老师和陈老师的悉心指导。