超硬磨料釬焊技術(shù)的研究進(jìn)展

張貝++朱文武++劉數(shù)

摘 要：超硬磨料釬焊工具已經(jīng)成為現(xiàn)代磨削技術(shù)發(fā)展的需要，甚至成為解決某些重要零件加工難題的關(guān)鍵技術(shù)。該文從釬焊機(jī)理、釬焊的優(yōu)勢(shì)以及釬焊技術(shù)應(yīng)用等方面進(jìn)行了深入地分析。

關(guān)鍵詞：釬焊工具 超硬磨料 釬焊工藝 金剛石 CBN

中圖分類(lèi)號(hào)：TG44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）07（b）-0030-01

目前超硬磨料工具包括金剛石工具和立方氮化硼（CBN）工具，可以加工陶瓷、高溫合金等難加工材料，但是超硬磨料工具的損耗十分嚴(yán)重，主要是因?yàn)樵诩庸み^(guò)程中超硬磨料容易從工具表面早期脫落。為了解決磨粒早期脫落，就需要提高磨粒的有效固結(jié)強(qiáng)度或把持能力，超硬磨料釬焊技術(shù)正是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)。

1 釬焊機(jī)理的研究

磨粒的脫落主要是與結(jié)合劑對(duì)磨粒的把持能力有關(guān)，傳統(tǒng)金剛石砂輪是由鎳基電鍍層或燒結(jié)金屬結(jié)合劑把持磨粒，對(duì)磨粒的把持基本依靠機(jī)械式的包埋，力量非常弱，磨削過(guò)程中磨粒受到較強(qiáng)的沖擊力時(shí)很容易被剝離出結(jié)合劑。而且傳統(tǒng)金剛石砂輪，磨粒的排布隨機(jī)性很強(qiáng)，磨粒的聚集會(huì)造成磨粒間距疏密不均，這樣會(huì)造成聚集區(qū)域磨粒冗余性大，非聚集區(qū)域磨粒常常因過(guò)載而形成碎裂和脫落。

傳統(tǒng)金屬結(jié)合劑金剛石砂輪之所以沒(méi)有形成牢固而有效的磨粒把持，就是因?yàn)榻饎偸哂辛己玫幕瘜W(xué)惰性，其可焊性非常差，對(duì)大多數(shù)金屬基本上不浸潤(rùn)，金剛石真正的表面金屬化就非常困難。然而可以找到某些對(duì)金剛石浸潤(rùn)的液態(tài)金屬[1]，并在這種浸潤(rùn)金屬液體中加入少量的活性合金元素，使其在一定的溫度條件下可以和金剛石產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成新的梯度材料，這樣就牢固地將金剛石牢固固結(jié)在砂輪表面上，因此，磨粒就不會(huì)在磨削過(guò)程中出現(xiàn)脫落。

目前使用最多的金剛石釬料有3種，一種是Ni-Cr；一種是Ag-Cu-Ti；一種是Cu-Sn-Ti。Ni-Cr釬料釬焊技術(shù)的研究最早，因?yàn)槠淙廴跍囟瘸^(guò)1000oC，在高溫下釬料與金剛石的反應(yīng)強(qiáng)烈[2]，磨削實(shí)驗(yàn)證明釬焊牢固可靠。但是它釬焊的溫度太高了，在這么高的溫度環(huán)境下還有Ni等觸媒元素的作用，金剛石容易形成表面的石墨化[3]，石墨的剪切強(qiáng)度非常低，這樣會(huì)造成釬焊效果的不穩(wěn)定。Ag-Cu-Ti釬料的研究較多[4]，因?yàn)锳g-Cu-Ti合金能夠在金剛石表面良好鋪展，其釬焊溫度一般在800℃～900℃，所以金剛石的石墨化相對(duì)較低，而且隨著溫度的升高，其界面反應(yīng)更加強(qiáng)烈，釬焊的可靠性會(huì)大大增加。Cu-Sn-Ti釬料因?yàn)槠涑杀镜牡土鴤涫苎芯空叩淖⒛?，而且Cu-Sn-Ti釬料有較高的強(qiáng)度和較好的抗腐蝕性能，但是Cu-Sn-Ti釬料的釬焊機(jī)理非常復(fù)雜，Cu-Sn-Ti對(duì)于生成的外延TiC層厚度非常敏感，這可能是由于界面應(yīng)力環(huán)境的變化造成的。

金剛石砂輪只能用于有色金屬和脆性材料的加工，而對(duì)于那些需要大去除率的黑色金屬則需要選用CBN砂輪，CBN砂輪釬焊技術(shù)的研究也變得越來(lái)越多[5]。CBN超硬材料也具有典型的化學(xué)惰性，其可焊性比金剛石更差。但運(yùn)用適當(dāng)?shù)拟F料和釬焊工藝還是可以實(shí)現(xiàn)CBN與釬料的化學(xué)冶金結(jié)合。CBN的釬焊多用Ag-Cu-Ti釬料和Cu-Sn-Ti釬料，釬料中的活躍元素Ti與CBN中首先容易擴(kuò)散遷移的N元素形成間隙化合物，隨著反應(yīng)的進(jìn)行Ti元素逐漸向CBN表面富集，形成了CBN界面的梯度復(fù)合材料，實(shí)現(xiàn)了CBN的牢固固結(jié)。

綜上所述，釬焊超硬磨料砂輪解決了磨?？煽抗探Y(jié)的問(wèn)題，釬焊超硬磨料砂輪的實(shí)驗(yàn)表明磨粒在磨削過(guò)程中不出現(xiàn)脫落。釬焊超硬磨料砂輪可以應(yīng)用于強(qiáng)力磨削，高效深切磨削，高速磨削等先進(jìn)的磨削技術(shù)領(lǐng)域，完全適應(yīng)了現(xiàn)代磨削技術(shù)的發(fā)展。

2 釬焊工具的優(yōu)勢(shì)

（1）釬焊工具具有磨粒的大出露，形成了較大的容屑空間，提高磨削液的冷卻效率，實(shí)現(xiàn)了冷態(tài)磨削。磨粒大出露可以進(jìn)行無(wú)修整磨削，這種砂輪具有更高的防堵塞性。

（2）釬焊砂輪可以使用模板對(duì)磨粒進(jìn)行有序排布，磨粒的排布使得釬料在磨粒間的分布更加均勻，磨粒也不會(huì)由于釬料的表面張力而聚集在一起，形成了良好的砂輪磨削性能。

（3）釬焊砂輪從制作、使用到報(bào)廢相對(duì)其他砂輪來(lái)說(shuō)是非常綠色的[6]，首先釬焊砂輪制作過(guò)程中不產(chǎn)生像電鍍液那樣的廢料；其次釬焊砂輪在使用過(guò)程中磨削液的使用量少；釬焊砂輪無(wú)修整損耗；磨粒大出露減小了砂輪表面與工件之間的摩擦，降低了加工能耗；所以釬焊砂輪的使用具有環(huán)境友好性。最后砂輪經(jīng)使用報(bào)廢后僅去掉表層磨耗的磨粒剩余部分即可回收利用，這樣釬焊砂輪提高了砂輪整體的利用水平。

3 釬焊工藝的發(fā)展

近年來(lái)，出現(xiàn)了各種釬焊工藝如真空釬焊、Ar氣保護(hù)釬焊[7]、高頻感應(yīng)釬焊[8]、激光釬焊[9]、玻璃釬焊等。釬焊工藝方法靈活多樣，拓寬了各種釬焊工具的開(kāi)發(fā)手段。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析，可以認(rèn)為釬焊工具是最有發(fā)展?jié)摿Φ默F(xiàn)代磨削工具之一，釬焊工具的研究仍然是以后研究的熱點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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