本发明涉及超硬磨料工具制备领域，特别是一种基于保护涂层的钎焊超硬磨料工具制备方法。
背景技术：
超硬磨料是指以人造金刚石、立方氮化硼等为代表的硬度极高的磨料，主要应用于金属或非金属材料的加工中，包括切割、钻削和磨削加工。
钎焊是指利用一定成分的焊料填充于母材之间，通过一定方式加热，使得焊料熔化，从而将母材牢固连接在一起的工艺。钎焊超硬磨料即利用合金焊料熔化，并且可以与超硬磨料以及基体之间发生化学冶金发应，从而将两者牢固地连接在一起。
常用的合金焊料包括：镍基合金焊料、铜基合金焊料、银基合金焊料等三大焊料体系。对超硬磨料的钎焊已有几十年的历史，目前已可以较好地对人造金刚石、立方氮化硼进行钎焊。并依据此原理制备了系列超硬磨料工具，广泛应用于石材、金属、复合材料等领域。
目前将超硬磨料焊接于基体表面的工艺已出现多种，目前的方法均涉及到超硬磨料磨粒与焊料的排布以及顺序，如先排布超硬磨料，再布洒合金焊料颗粒，又如先排布合金焊料，再布洒超硬磨料，又如将合金焊料搅拌成膏状后先涂抹于基体上，再布洒超硬磨料。
上述方法所制备的工具多应用于真空钎焊或保护气体环境中进行钎焊。采用保护气氛钎焊，主要有如下三个方面的原因。
1.可以有效保护高温下超硬磨料的性能，包括硬度、抗氧化能力等。以金刚石为例，其在750度的空气中即可发生石墨化，若无保护环境，极易使超硬磨料丧失原有性能。
2.保护环境亦可保护合金焊料粉末不受空气中成分的影响，如铜基合金焊料受空气中的氧气、氮气的影响，因此在钎焊时需要采用真空或氩气保护气氛，这种保护措施虽然有效保证了钎焊性能，但也极大地提高了钎焊成本，由于采用真空环境，增加的抽真空设备较无真空设备成本高一倍不止，保护气氛需要在整个钎焊过程中存在，极大增加了焊接成本。
3.采用保护环境钎焊，钢基体表面的氧化程度可以减少至最小。但由于不参加加工的工具钢基体表面对氧化程度基本无要求，因此此部分可以尽量保证焊接区域的钢基体表面不氧化即可。
由于高真空设备价格昂贵，保护气体成本较高，使得超硬磨料钎焊工具成本居高不下，虽然在性能上已优于电镀超硬磨料工具，但由于制备工艺的复杂与昂贵，使得钎焊超硬磨料工具未在优势领域完全取代电镀工具以及树脂工具。
因此，如何采用一定的保护措施，使得超硬磨料、合金焊料、基体不受空气中氧、氮等成分的影响，成为降低钎焊成本，提高生产效率的关键。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于保护涂层的钎焊超硬磨料工具制备方法，该基于保护涂层的钎焊超硬磨料工具制备方法通过提供一种保护涂层，在无需真空环境或保护气氛环境，仅需提供热源与加热腔的情况下，即可制备出性能优良的钎焊超硬磨料工具。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种基于保护涂层的钎焊超硬磨料工具制备方法，钎焊超硬磨料工具包括工具基体和钎焊在工具基体表面的超硬磨料，制备方法包括如下步骤。
步骤1，清理工具基体表面：将工具基体表面进行除锈、除油清理。
步骤2，布料：清理完成后，在工具基体表面需要钎焊超硬磨料区域进行排布超硬磨料与合金焊料；排布有超硬磨料与合金焊料的工具基体表面称之为布料区域。
步骤3，添加保护涂层:在步骤2中布料区域的顶部添加保护涂层；保护涂层是由粘合剂将保护颗粒均匀粘附在布料区域上形成；粘合剂为粘结剂和稀释剂配比形成的混合物；保护颗粒的粒径为120目~2000目；当温度不超过1040°时，保护颗粒不与超硬磨料、合金焊料、空气、粘结剂以及稀释剂发生化学反应。
步骤4，将添加有保护涂层的工具基体送至加热腔，进行钎焊加热，钎焊加热温度不高于1040℃。
步骤5，去除保护涂层：钎焊完成后，去除表面保护涂层，即得到超硬磨料钎焊工具。
所述步骤3中，保护涂层的添加方式为：先将粘结剂与稀释剂按体积比1:1~1:15将保护颗粒均匀混合，搅拌形成膏状保护颗粒；然后在布料区域表面涂覆一层膏状保护颗粒，形成保护涂层。
所述步骤3中，保护涂层的添加方式为：先将粘结剂与稀释剂按体积比1:1~1:15混合后喷洒在布料区域上，再将保护颗粒均匀布洒；然后再喷洒粘结剂与稀释剂的混合物，接着再将保护颗粒均匀布洒，并重复以上过程，重复次数根据制备的超硬磨料工具粒度大小、焊接区域大小、合金焊料成分进行综合确定。
所述步骤3中的保护颗粒为二氧化钛、氧化铝、氧化硅、大理石、石英和萤石的一种或多种。
所述步骤4中，钎焊加热为电阻加热，电阻加热的加热曲线包括缓慢加热排气阶段、稳定升温阶段、保温阶段和降温阶段；其中缓慢加热排气阶段的加热温升速率不高于12°/分钟，稳定升温阶段的加热温升速率不高于20°/分钟，保温阶段的保温时间不超过120分钟，降温阶段的降温速率不高于35°/分钟。
所述步骤4中，钎焊加热为感应加热，感应加热时的升温时间不低于120秒，保温时间不低于30秒。
所述超硬磨料为人造金刚石、立方氮化硼、聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼中的一种；超硬磨料的粒度在1目~300目之间。
所述步骤2中的合金焊料为镍基合金或银基合金或铜基合金，且合金焊料中含有钛元素或铬元素。
所述步骤3中，稀释剂的挥发温度低于280°，且稀释剂在挥发前不与超硬磨料、合金焊料、工具基体以及保护颗粒发生化学反应。
所述步骤3中，粘结剂的挥发温度低于550度，且粘结剂在挥发前不与超硬磨料、合金焊料、工具基体以及保护颗粒发生化学反应。
本发明采用上述方法后，通过保护涂层的添加，由于保护涂层中的保护颗粒较细，故在粘结剂与稀释剂成分挥发后，仍然能够形成致密的保护壳层，以阻隔空气中的氧与氮等成分与超硬磨料或合金焊料成分反应。此外，高温的加热腔具有膨胀的趋势，能使得空气成分不易进入加热腔，上述效果能够实现超硬磨料工具钎焊时无保护气氛或真空环境，有效地降低了设备成本，并提高了加热速率与生产效率，有利于降低产品成本，提高产品竞争力。
具体实施方式
下面就具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
钎焊超硬磨料工具包括工具基体和钎焊在工具基体表面的超硬磨料。所述超硬磨料优选为人造金刚石、立方氮化硼、聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼等中的一种；超硬磨料的粒度在1目~300目之间。
一种基于保护涂层的钎焊超硬磨料工具制备方法，包括如下步骤。
步骤1，清理工具基体表面：将工具基体表面进行除锈、除油清理。
步骤2，布料：清理完成后，在工具基体表面需要钎焊超硬磨料区域进行排布超硬磨料与合金焊料；排布有超硬磨料与合金焊料的工具基体表面称之为布料区域。
上述合金焊料优选为镍基合金或银基合金或铜基合金等，且合金焊料中含有钛元素或铬元素，因而能在一定温度下不与超硬磨料发生化学冶金反应。
步骤3，添加保护涂层:在步骤2中布料区域的顶部添加保护涂层；保护涂层是由粘合剂将保护颗粒均匀粘附在布料区域上形成。
粘合剂为粘结剂和稀释剂配比形成的混合物。
上述保护颗粒优选为二氧化钛、氧化铝、氧化硅、大理石、石英和萤石等的一种或多种。
保护颗粒的粒径为120目~2000目；当温度不超过1040°时，保护颗粒不与超硬磨料、合金焊料、空气、粘结剂以及稀释剂发生化学反应。
上述稀释剂的挥发温度优选低于280°，且稀释剂在挥发前不与超硬磨料、合金焊料、工具基体以及保护颗粒发生化学反应。
上述粘结剂的挥发温度优选低于550度，且粘结剂在挥发前不与超硬磨料、合金焊料、工具基体以及保护颗粒发生化学反应。
上述保护涂层的添加方式优选具有如下两种方式，使用时根据需要进行选择。
第一种方式：先将粘结剂与稀释剂按体积比1:1~1:15将保护颗粒均匀混合，搅拌形成膏状保护颗粒；然后在布料区域表面涂覆一层膏状保护颗粒，形成保护涂层。
第二种方式：先将粘结剂与稀释剂按体积比1:1~1:15混合后喷洒在布料区域上，再将保护颗粒均匀布洒；然后再喷洒粘结剂与稀释剂的混合物，接着再将保护颗粒均匀布洒，并重复以上过程，重复次数根据制备的超硬磨料工具粒度大小、焊接区域大小、合金焊料成分进行综合确定。
步骤4，将添加有保护涂层的工具基体送至加热腔，进行钎焊加热，钎焊加热温度不高于1040℃。
当将添加有保护涂层的工具基体送进加热腔之前，加热腔可以加热，也可以不加热。当加热腔加热时，加热腔内的温度不高于粘结剂的挥发温度。工具基体送入加热腔后，再进行钎焊加热。
钎焊加热的方式有多种，如电阻加热、感应加热或激光加热等方式，加热腔根据实际需求进行设计。
下面就两种主要钎焊加热方式进行详细说明：
方式一：当为电阻加热时，电阻加热的加热曲线优选包括缓慢加热排气阶段、稳定升温阶段、保温阶段和降温阶段；其中缓慢加热排气阶段的加热温升速率不高于12°/分钟，稳定升温阶段的加热温升速率不高于20°/分钟，保温阶段的保温时间不超过120分钟，降温阶段的降温速率不高于35°/分钟。
方式二：当为感应加热时，感应加热时的升温时间优选不低于120秒，保温时间不低于30秒。
步骤5，去除保护涂层：钎焊完成后，去除表面保护涂层（去除方式最好提及下），即得到超硬磨料钎焊工具。另外，保护涂层中的保护颗粒由于性质稳定，因此在焊后可以进行收集，重复利用，极大降低了生产成本。
下面以两种优选实施例对上述制备方法进行详细的阐述。
实施例1
一种用于打磨铸件表面毛刺的镍基钎焊金刚石磨盘，其规格为125mm。
制备参数：超硬磨粒为粒径为35目的金刚石；合金焊料采用镍基合金焊料，其主要成分为：镍-铬-硼硅，合金焊料的粒度为40目。钎焊时，要求超硬磨粒出露高，无合金焊料包覆，超硬磨料焊后损伤小。
具体制备方法如下：
步骤1，金刚石磨盘去油、喷砂去锈处理。
步骤2，清理完成后，在待焊区域刷涂一层粘合剂，该粘合剂由粘结剂与稀释剂按体积比1: 2配制。接着，在刷涂有粘合剂的待焊区域布洒金刚石和镍基合金焊料，形成布料区域。
步骤3，先将乙醇与纯净水按1:7.5体积比混合形成混合物，其中乙醇为粘结剂。然后将形成的混合物与保护颗粒按1:5比例进行混合，调制成膏状保护颗粒，保护颗粒采用二氧化钛粉末，其粒度600目。接着，将膏状保护颗粒用细毛软刷涂覆于金刚石与镍基合金焊料表面，用量为每平方厘米2~6g之间。
步骤4，将步骤3制备的金刚石磨盘在加热箱中加热，最高温度不超过1020度，保温15分钟，炉冷。
步骤5，待冷却到室温后，去除表面二氧化钛粉末即可得到所要制备的磨盘。另外，二氧化钛粉末收集后待下次使用。
实施例2
制备一款钻削高硬陶瓷的钎焊金刚石孔钻，要求钻削锋利，效率高。也即，超硬磨料为金刚石，且其粒度为50目。金刚石孔钻的规格为10mm。
由于钻头外径小，尺寸精度要求较高，且钻削要求锋利，金刚石应能尽量出露。具体制作方法，包括如下步骤：
步骤1，金刚石钻头整体喷砂去锈。
步骤2，布料。
将粘结剂与稀释剂按1:4混合，并与300目的镍基合金粉末混合均匀成膏状。
将膏状镍基合金涂抹于金刚石钻头顶端与内外侧面，保证涂抹均匀。然后将50目的金刚石布洒于膏状镍基合金表面，并保证布洒均匀。
步骤3，添加保护层。
第一步，将粘结剂与稀释剂按1：10混合形成粘合剂，将该粘合剂在步骤2中布洒有金刚石的金刚石钻头表面喷洒一层。
第二步，布洒600目的二氧化钛粉末。
重复第一步和第二步骤两次。
步骤4，利用感应钎焊加热，感应频率600KHz，加热时间160秒，保护时间30秒。
步骤5，钎焊后除去表面保护涂层，即可得到所要的钻头；然后保护涂层回收待用。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。