一种金刚石微粉研磨块及其制造方法与流程

本发明涉及研磨块制造技术领域，尤其涉及一种金刚石微粉研磨块及其制造方法。

背景技术

金刚石作为自然界最硬的物质，可以用来制备加工脆硬材料的金刚石工具。目前主要的备金刚石工具的工艺方法有三种：烧结金刚石工具、电镀金刚石工具和钎焊金刚石工具。其中钎焊金刚石工具相比于其他两种制备方法，不同点在于钎焊金刚石工具主要是依靠化学键实现金刚石-钎料-基体之间的连接，代替了烧结金刚石工具和电镀金刚石工具的靠机械把持力的连接方式。因此钎焊金刚石工具也具有更高的强度。同时由于其金刚石露出率大，容屑空间大等优点，近年来得到了很大的关注，钎焊金刚石工具的制备工艺也在逐步的完善，旨在适应目前光伏产业、航天业等日益提高的加工需求。

钎焊金刚石工具相比于电镀金刚石工具和烧结金刚石工具，在我国的发展历史并不长，因此还具有很大的发展和改善的空间。目前工业上量化生产的钎焊金刚石工具，其金刚石粒度大都在600um以上，因此只能应用在粗加工中，国内外对细粒度，尤其是微粉级钎焊金刚石工具的研究甚少。主要是目前的钎焊工艺面临以下几个待解决的问题：

首先是钎焊温度的控制，目前使用的商用钎料主要是ni-cr体系、银基钎料、铜基钎料，上述钎料的熔点都很高，达到800℃以上，ni-cr基钎料的钎焊温度甚至达到一千度以上，而目前工具中广泛使用的人造金刚石在750℃左右就会发生石墨化，从而降低工具的强度；

其次是对于微米级的金刚石粉末，易出现团聚、排布不均匀等缺陷，尤其在钎焊过程中，钎料的流动会导致微粉随钎料不可控流动，无法进行大尺寸工具的加工；

再次，如何使钎料中的活性元素充分润湿粒度只有几十微米甚至十几微米的金刚石微粉，也是现有工具加工中面临的很大的问题。

鉴于此，本发明人对所述问题进行深入研究，遂有本案产生。

技术实现要素：

鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种微米级金刚石颗粒从钎焊后的结块中露出的高度高，排布紧密均匀的金刚石微粉研磨块。

本发明的另一目的在于提供一种钎料熔点低，在钎焊过程中金刚石微粉润湿充分且不团聚的金刚石微粉研磨块的制造方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种金刚石微粉研磨块，包括基体和钎焊在所述基体表面的结块，所述基体为中碳优质钢，所述结块的原料包括金刚石微粉和锡银基钎料。

所述金刚石微粉的粒度介于10-20um之间。

所述锡银基钎料的粒度介于50-70um之间。

所述锡银基钎料为预合金粉末，所述锡银基钎料中的元素包括sn、ag、cu和ti，其中ti在所述锡银基钎料的元素中所占的质量百分比为10％。

所述基体的表面凹设有若干个用于填涂所述金刚石微粉和所述锡银基钎料的圆形凹槽，各所述圆形凹槽的深度分别为100-300um。

一种金刚石微粉研磨块的制造方法，包括如下步骤：

(1)选取所述金刚石微粉和所述锡银基钎料，其中所述锡银基钎料为球状的预合金粉末，将所述金刚石微粉与所述锡银基钎料组成混合粉末，其中所述金刚石微粉在所述混合粉末中所占的质量百分比为10％-40％，余量为所述锡银基钎料，将所述混合粉末球磨15-25h，使得球状的所述锡银基钎料破裂，并得到混合均匀的所述混合粉末；

(2)打磨所述基体，去除所述基体表面的油污和氧化膜；

(3)使用超声波清洗机去除所述基体的表面污渍，所述超声波清洗机中的清洗液为丙酮，清洗后取出所述基体，待所述基体的表面风干；

(4)将酒精加入步骤1中球磨后的所述混合粉末，搅拌混合，使所述混合粉末完全被酒精润湿，得到所述混合粉末与酒精的混合物，将所述混合物置于所述基体的表面；

(5)使用刮料机将所述基体的表面上的所述混合物刮平，待酒精挥发后，所述基体的表面上形成多个结块，得到钎焊前的形成有结块的所述基体，所述基体的表面上的所述混合物的厚度为150-350um；

(6)将表面形成有所述结块的所述基体放入钎焊真空炉中钎焊18-22min，钎焊真空炉中的温度为600-700℃，真空度小于热态5×10^-4pa，得到金刚石微粉研磨块。

步骤(6)中，所述钎焊真空炉中温度为650℃，所述钎焊真空炉的真空度为热态10^-4pa。

步骤(6)中，所述钎焊真空炉内的钎焊时间为20min。

所述基体的表面凹设有若干个用于填涂所述金刚石微粉和所述锡银基钎料的圆形凹槽，各所述圆形凹槽的深度均为100-300um，在所述步骤2中，同时对所述基体表面和所述圆形凹槽进行打磨，在所述步骤4中，将所述混合物填涂入各个所述圆形凹槽中，并使得所述混合物高出所述基体表面，在所述步骤5中，使用刮料机将所述混合物刮平后，所述混合物高出所述基体表面30-70um。

所述圆形凹槽呈网络状均匀分布在所述基体的表面。

采用发明的技术方案后，锡银基钎料熔点低，钎焊时，锡银基钎料在700℃以下即可熔化，钎焊过程中温度可控制在700℃以下，有效的减少了因钎焊温度过高而引起的金刚石微粉石墨化，也避免了基体和金刚石微粉受到钎料热侵蚀；另外锡银基钎料熔化时润湿性好，可充分润湿金刚石微粉，避免了金刚石微粉的团聚，并解决了传统钎焊无法对大尺寸金刚石微粉研磨块进行钎焊的问题；锡银基钎料采用的是预合金粉末，预合金粉末是标准的球形，球磨后锡银基钎料形状不规则，且尺寸变小，因此，球磨后的锡银基钎料粉末细化，比表面积增加，在钎焊时候受热更均匀，更容易融化，流动性更好，钎焊时金刚石微粉的密度远小于锡银基钎料的密度，锡银基钎料熔化后，金刚石微粉上浮，密排在钎焊后的结块表面；钎焊时间选择在10-20min，温度高于600℃，保证了金刚石微粉与ti在金刚石微粉颗粒表面生成tic，钎焊时可起到异质形核作用，细化晶粒，使得钎焊后金刚石微粉颗粒与锡银基钎料的结合性得到极大的提高，金刚石微粉颗粒不易从钎焊后的结块中脱落。

因此，金刚石微粉研磨块上的微米级金刚石颗粒从钎焊后的结块中露出的高度高，排布紧密均匀，无团聚，金刚石微粉研磨块的表面硬度和耐磨性得到极大的提高；进一步地，还可以对金刚石微粉研磨块进行修整；如，利用氧化铝块对表面进行修锐，提高金刚石的露出度以适应不同的加工场合和需求。

附图说明

图1是本发明中金刚石微粉研磨块的俯视图；

图2是本发明中金刚石微粉研磨块的竖向剖视图图；

图3是本发明中混合粉末球磨后的sem图；

图4是本发明中金刚石微粉按不同比例和粒度制造的金刚石微粉研磨块竖向sem图；其中，图4(a)是金刚石微粉的粒度为10-20um，金刚石微粉在混合粉末中质量分数为10％时的sem图；图4(b)是金刚石微粉的粒度为10-20um，金刚石微粉在混合粉末中质量分数为20％时的sem图；图4(c)是金刚石微粉的粒度为10-20um，金刚石微粉在混合粉末中质量分数为40％时的sem图；图4(d)是金刚石微粉的粒度为5-10um，金刚石微粉在混合粉末中质量分数为10％时的sem图。

图中

基体-1结块-2

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明，具体制造中，所使用的酒精为分析纯酒精。

实施例1

如图1-2所示，一种金刚石微粉研磨块，包括基体1，所述基体1的表面设有若干个圆形凹槽，所述圆形凹槽的深度为300um，各所述圆形凹槽内钎焊有结块2，所述结块2高出所述基体1表面50um，所述结块2由金刚石微粉和锡银基钎料构成。所述金刚石微粉的粒度介于10-20um之间。所述锡银基钎料为预合金粉末，粒度介于50-70um之间，主要元素包括sn、ag、cu、ti。本实施例中，所述圆形凹槽呈网格状均匀排布在所述基体1的表面；所述基体1为45钢，所述锡银基钎料中各元素的质量百分比分别为sn20％、ag10％、ti10％、cu余量，采用该配比的所述锡银基钎料的熔点低于600℃。

一种金刚石微粉研磨块的制造方法，制造的步骤如下：

(1)用电子天平称量45g所述锡银基钎料、5g所述金刚石微粉，其中，所述锡银基钎料的粒度介于50-70um之间，所述锡银基钎料包括sn、ag、cu、ti，各组份的质量百分比为sn20％、ag10％、ti10％、cu余量，该所述锡银基钎料的熔点低于600℃，所述金刚石微粉的粒度为10-20um；将称得的所述锡银基钎料和所述金刚石微粉置于密封的塑料瓶混合均匀，得到混合粉末，将所述混合粉末与不锈钢磨球放入不锈钢球磨罐中，所述不锈钢磨球的直径分别有4mm和10mm两种，质量比为3:7，球料比为20:1，混合粉末的总重量为50g；使用机械泵对球磨罐抽真空，抽完真空之后通入氩气，反复循环3次之后通入氩气，使得粉末在球磨过程中不被氧化，而后安放至qm-3sp4型行星式球磨机中；刚开始以150r/min的转速运行0.5h，目的是使粉末混合更加均匀；然后将球磨的速率固定为340r/min，正反转的持续时间为30min，正反转的运行时间间隔为1min，交替运行时间间隔停机时间为1min，设置球磨的时间分别为15h,20h,25h；每次球磨结束后，从罐中取出少量的粉末，对粉末进行sem等分析球磨结束后，从罐中取出少量的粉末，对粉末进行sem分析，观察粉末的物相、微观组织变化；如图3所示，当球磨20h后，所述混合粉末混合均匀，球状的所述锡银基钎料粉末破碎，所述锡银基钎料粉末尺寸变小，比表面积增加，从而在钎焊时候受热更均匀，更容易融化，流动性更好；

(2)用砂纸打磨所述基体1，去除基体1表面和所述圆形凹槽内的油污和氧化膜；

(3)将所述基体1放入以丙酮为清洗液的超声波清洗机中去除所述基体1表面污渍，取出所述基体1，待所述基体1表面风干；

(4)取2ml酒精与3g所述混合粉末，搅拌混合，使所述混合粉末全部润湿，得到所述混合粉末与酒精的混合物，将所述混合物填涂入所述圆形凹槽，并使得所述混合物溢出所述圆形凹槽，所述圆形凹槽的深度为300um；

(5)使用刮料机将所述混合物刮平，使得所述圆形凹槽内的所述混合物高出所述基体1表面50um，待酒精自然挥发，得到钎焊前的结块2；

(6)将完成表面结块2的所述基体1放入真空管式炉中钎焊20min，钎焊时，所述钎焊真空炉中的温度为650℃，真空度小于热态10^-4pa，得到具有金刚石微粉密集排布的金刚石微粉研磨块。

(7)对制造所得的研磨块进行形貌分析，使用sem对表面所述金刚石微粉露出度、所述结块2与基体1的结合性进行分析。

当所述金刚石微粉的粒度为10-20um，且在所述混合粉末中质量分数为10％时，如图4(a)所示，由图可知，由此制造的金刚石微粉研磨块，钎焊后，所述结块2成型良好，所述结块2厚度大，所述金刚石微粉颗粒分散性好，且所述金刚石微粉颗粒在所述结块2表层排布较密集，所述锡银基钎料与45钢的结合性良好。

实施例二

一种金刚石微粉研磨块的制造方法，步骤如下：

(1)用电子天平称量40g所述锡银基钎料、10g所述金刚石微粉，其中，所述锡银基钎料的粒度介于50-70um，所述锡银基钎料包括sn、ag、cu、ti，各组份的质量百分比为sn20％、ag10％、ti10％、cu余量，所述锡银基钎料的熔点低于600℃，所述金刚石微粉的粒度为10-20um；将称得的所述锡银基钎料和所述金刚石微粉置于密封的塑料瓶混合均匀，得到混合粉末，将所述混合粉末与不锈钢磨球放入不锈钢球磨罐中，所述不锈钢磨球的直径分别有4mm和10mm两种，质量比为3:7，球料比为20:1，粉末的总重量为50g；使用机械泵对球磨罐抽真空，抽完真空之后通入氩气，反复循环3次之后通入氩气，使得粉末在球磨过程中不被氧化，而后安放至qm-3sp4型行星式球磨机中。刚开始以150r/min的转速运行0.5h，目的是使粉末混合更加均匀。然后将球磨的速率固定为340r/min，正反转的持续时间为30min，正反转的运行时间间隔为1min，交替运行时间间隔停机时间为1min，根据实施例一中球磨后所得的sem图像，设置球磨的时间分别为20h；

(2)用砂纸打磨所述基体1，去除基体1表面和所述圆形凹槽内的油污和氧化膜，所述基体1选用45钢；

(3)将所述基体1放入以丙酮为清洗液的超声波清洗机中去除所述基体1表面污渍，取出所述基体1，待所述基体1表面风干；

(4)取2ml酒精与3g所述混合粉末，搅拌混合，使所述混合粉末全部润湿，得到所述混合粉末与酒精的混合物，将所述混合物填充入所述圆形凹槽，并使得所述混合物溢出所述圆形凹槽，所述圆形凹槽的深度为300um；

(5)使用刮料机将所述混合物刮平，使得所述圆形凹槽内的所述混合物高出所述基体1表面50um，待酒精自然挥发，得到钎焊前的结块2；

(6)将完成表面结块2的所述基体1放入真空管式炉中钎焊20min，钎焊时，所述钎焊真空炉中的温度为650℃，真空度小于热态10^-4pa，得到具有金刚石微粉密集排布的金刚石微粉研磨块。

(7)对制造所得的研磨块进行形貌分析，sem对表面所述金刚石微粉露出度、所述结块2与基体1的结合性进行分析。

当所述金刚石微粉的粒度为10-20um，且在所述混合粉末中质量分数为20％时，如图4(b)所示，由图可知，由此制造的金刚石微粉研磨块，钎焊后，所述结块2成型良好，所述金刚石微粉颗粒分散性较好，所述金刚石微粉颗粒在所述结块2表层排布密集，所述锡银基钎料与45钢的结合性良好。

实施例3

如实施例二中所述的一种金刚石微粉研磨块的制造方法，区别在于步骤1中的所述金刚石微粉选取量为20g，所述锡银基钎料的量为30g，其余如实施例二所述，此处不一一赘述。

当所述金刚石微粉的粒度为10-20um，且在所述混合粉末中质量分数为40％时，如图4(c)所示，由图可知，由此制造的金刚石微粉研磨块，钎焊后，所述结块2成型差，所述金刚石微粉颗粒团聚。

对比例1

如实施例二中所述的一种金刚石微粉研磨块的制造方法，区别在于步骤1中的所述金刚石微粉选取量为5g，所述锡银基钎料的量为45g，所述金刚石微粉的粒度为5-10um，其余如实施例二所述，此处不一一赘述。

当所述金刚石微粉的粒度为5-10um，且在所述混合粉末中质量分数为10％时，由于所述金刚石微粉颗粒粒度小，因此钎焊时，少部分的所述金刚石微粉颗粒团聚；如图4(d)所示，由图可知，由此制造的金刚石微粉研磨块，钎焊后，所述结块2的表面平整，所述结块2成型较好所述锡银基钎料与45钢的结合性良好，但所述金刚石微粉颗粒分布不均匀，且所述结块2的厚度较薄。

由如上所述的实施例和对比例可得，按实施例1和实施例2所述的制造方法所得的金刚石微粉研磨块最佳。

所述实施例和图式并非限定本发明专利的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明专利的专利范畴。