本发明特别涉及一种空气中钎焊金刚石的膏状钎料、其制备方法及应用。
背景技术：
金刚石工具特别适合加工硬脆材料尤其为非金属材料，例如石材、墙地砖、玻璃、陶瓷等；也可以用于加工有色金属、合金、木材，例如铜、铝、硬质合金、淬火钢、铸铁等。目前金刚石工具已广泛应用于建筑、建材、地质、冶金、机械、电子、陶瓷、木材、汽车等工业。
在实际应用时，钎焊金刚石的钎料需要具备以下特点：一、钎料对金刚石和基体有良好的浸润性和结合强度；二、钎料对金刚石最好没有侵蚀性或微侵蚀性；三、钎料的软化点必须高于钎焊金刚石工具在切磨时的局部温度。金刚石与基体的结合强度主要由钎料决定，钎料要在金刚石表面生成化学结合才能对金刚石形成有效把持，这就要求钎料成分中必须含有能够在高温下和金刚石生成碳化物的元素(Ti、V、Cr等)。
目前，大多数生产厂家所用的钎料大都含有10℅左右的铬或钛，但是，Ti、Cr等元素在空气中加热时，容易氧化，失去活性。现有技术的解决方法通常为在钎焊金刚石时，在真空或惰性气体保护条件下进行，相对于在空气中钎焊，这大大增加了加工成本，降低了生产效率。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种空气中钎焊金刚石的膏状钎料、其制备方法及应用，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种空气中钎焊金刚石的膏状钎料，其包括：88wt％～92wt％钎料，1wt％～2wt％助焊剂，其余部分包含粘结剂和水；
所述钎料包括质量比为1:0.05～1:0.1的BNi-2和钛粉；
所述助焊剂包括质量比为1:0.1～1:1.8的氟化铝和氟化钾。
进一步的，所述钎料中BNi-2与钛粉的质量比为1:0.06～1:0.08。
进一步的，所述助焊剂中氟化铝与氟化钾的质量比优选为1:1.2～1:1.5。
其中，所述助焊剂能有效去除氧化皮，并阻止作为钎料的合金粉末的进一步氧化。
在一些较为优选的实施方案中，所述膏状钎料包括8wt％～10wt％水及粘结剂。
在一些较为优选的实施方案中，所述粘结剂与水的质量比为(1～2)：(98～99)。
进一步的，所述粘结剂包括甲基纤维素或乙基纤维素，且不限于此。
进一步的，前述BNi-2为镍基钎料，其主要组成元素以Ni为主，其次还含有降熔元素(melting point depressant element)B和Si，以及其它元素(参阅《热加工工艺》，2004，6(1):47-50)。
进一步的，前述钛粉的粒径优选为10μm～100μm，尤其优选为30μm～50μm。与此相应的膏状钎料形成的焊层结构更为均一致密，与基材具有更佳结合强度。
本发明实施例还提供了所述膏状钎料在空气氛围内钎焊金刚石的用途或者在制备金刚石工具中的用途。
本发明实施例还提供了一种空气中钎焊金刚石的膏状钎料的制备方法，其包括：
将粘结剂与水均匀混合形成胶水状膏体，
将钎料及助焊剂与所述胶水状膏体均匀混合形成所述膏状钎料，所述钎料包括质量比为1:0.05～1:0.1的BNi-2和钛粉，所述助焊剂包括质量比为1:0.1～1:1.8的氟化铝和氟化钾；
其中，所述膏状钎料包括88wt％～92wt％钎料和1wt％～2wt％助焊剂。
进一步的，所述钎料中BNi-2与钛粉的质量比为1:0.06～1:0.08。
进一步的，所述助焊剂中氟化铝与氟化钾的质量比优选为1:1.2～1:1.5。
在一些较为优选的实施方案中，所述胶水状膏体的质量为所述膏状钎料质量的8％～10％。
在一些较为优选的实施方案中，所述胶水状膏体包含1wt％～2wt％粘结剂。
进一步的，所述粘结剂包括甲基纤维素或乙基纤维素，且不限于此。
进一步的，前述钛粉的粒径优选为10μm～100μm，尤其优选为30μm～50μm。
在一些较为具体的实施方案中，所述空气中钎焊金刚石的膏状钎料的制备方法可以包括：
将氟化铝和氟化钾的混合物作为助焊剂，
将BNi-2粉末和钛粉的混合物作为钎料，
以乙基纤维素(粉末状)在水里高速分散成的胶水作为膏体，搅拌混合形成膏状钎料。
本发明实施例还提供了一种金刚石工具的制备方法，其包括：将所述的空气中钎焊金刚石的膏状钎料涂覆在基体上，之后使金刚石吸附在所述膏状钎料上，然后直接在空气中加热到1000～1100℃并保温10～25s，制得金刚石工具。
在一些较为具体的实施方案中，所述制备方法可以包括：将所述的空气中钎焊金刚石的膏状钎料涂抹在基体上，然后再用静电吸附等方式使金刚石吸附在钎料上，直接在空气中用高频加热到1000～1100℃并保温10～25s得到金刚石工具。
进一步的，所述基体可以选自金属、陶瓷等材质的，且不限于此。
本发明实施例还提供了由前述方法制备的金刚石工具。
与现有技术相比，本发明提供的空气中钎焊金刚石的膏状钎料在钎焊过程中不需要真空或保护性气氛，能够在空气中完成钎焊，因此大大提高了加工灵活性，降低了生产成本，提高了生产效率，同时钎料使用量还更易于控制，并可大幅延长工具使用寿命，而其制备方法简单，条件易控，适合大规模的生产。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将结合若干较佳实施例对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
实施例1
本实施例的空气中钎焊金刚石的膏状钎料包含如下组分：92wt％钎料，1.5wt％助焊剂，0.1wt％乙基纤维素和6.4wt％水。
所述钎料为质量比为1:0.05的BNi-2(市购)和钛粉(粒径约10μm～25μm)的混合金属粉末。
所述助焊剂为质量比为1:0.1的氟化铝和氟化钾的混合物。
所述空气中钎焊金刚石的膏状钎料的制备方法包括：
按照前述配比配制原料；
将氟化铝和氟化钾混合均匀作为助焊剂，将BNi-2和钛粉混合均匀作为钎料
将乙基纤维素溶于水中形成胶水；
将助焊剂和钎料加入所述胶水中，用行星搅拌机搅拌混合均匀，即制得所述空气中钎焊金刚石的膏状钎料。
将所述空气中钎焊金刚石的膏状钎料涂覆在钢制基体上，之后使金刚石以静电吸附的方式附着到所述膏状钎料上，然后直接在空气中高频电加热到1100℃并保温15s，制得金刚石工具。
该金刚石工具适合石材加工行业。
实施例2
本实施例的空气中钎焊金刚石的膏状钎料包含如下组分：88wt％钎料，2wt％助焊剂，0.1wt％乙基纤维素和9.9wt％水。
所述钎料为质量比为1:0.06的BNi-2(市购)和钛粉(粒径约30μm～50μm)的混合金属粉末。
所述助焊剂为质量比为1:1.5的氟化铝和氟化钾的混合物。
所述空气中钎焊金刚石的膏状钎料的制备方法包括：
按照前述配比配制原料；
将氟化铝和氟化钾混合均匀作为助焊剂，将BNi-2和钛粉混合均匀作为钎料
将乙基纤维素溶于水中形成胶水；
将助焊剂和钎料加入所述胶水中，用行星搅拌机搅拌混合均匀，即制得所述空气中钎焊金刚石的膏状钎料。
将所述空气中钎焊金刚石的膏状钎料涂覆在氧化锆陶瓷基体上，之后使金刚石以静电吸附的方式附着到所述膏状钎料上，然后直接在空气中高频电加热到1000℃并保温20s，制得金刚石工具。
该金刚石工具适合陶瓷加工行业。
实施例3
本实施例的空气中钎焊金刚石的膏状钎料包含如下组分：90wt％钎料，1wt％助焊剂，0.1wt％乙基纤维素和8.9wt％水。
所述钎料为质量比为1:0.08的BNi-2(市购)和钛粉(粒径约30μm～50μm)的混合金属粉末。
所述助焊剂为质量比为1:1.2的氟化铝和氟化钾的混合物。
所述空气中钎焊金刚石的膏状钎料的制备方法包括：
按照前述配比配制原料；
将氟化铝和氟化钾混合均匀作为助焊剂，将BNi-2和钛粉混合均匀作为钎料
将乙基纤维素溶于水中形成胶水；
将助焊剂和钎料加入所述胶水中，用行星搅拌机搅拌混合均匀，即制得所述空气中钎焊金刚石的膏状钎料。
将所述空气中钎焊金刚石的膏状钎料涂覆在钛合金基体上，之后使金刚石以静电吸附的方式附着到所述膏状钎料上，然后直接在空气中高频电加热到1050℃并保温10s，制得金刚石工具该金刚石工具适合木材加工行业。
实施例4
本实施例的空气中钎焊金刚石的膏状钎料包含如下组分：91wt％钎料，1wt％助焊剂，0.08wt％乙基纤维素和7.92wt％水。
所述钎料为质量比为1:0.1的BNi-2和钛粉(粒径约100μm～120μm)的混合金属粉末。
所述助焊剂为质量比为1:1.8的氟化铝和氟化钾的混合物。
所述空气中钎焊金刚石的膏状钎料的制备方法包括：
按照前述配比配制原料；
将氟化铝和氟化钾混合均匀作为助焊剂，将BNi-2和钛粉混合均匀作为钎料
将乙基纤维素溶于水中形成胶水；
将助焊剂和钎料加入所述胶水中，用行星搅拌机搅拌混合均匀，即制得所述空气中钎焊金刚石的膏状钎料。
将所述空气中钎焊金刚石的膏状钎料涂覆在氮化硅陶瓷基体上，之后使金刚石以静电吸附的方式附着到所述膏状钎料上，然后直接在空气中高频电加热到1080℃并保温18s，制得金刚石工具。
该金刚石工具适合金属加工行业。
对照例1：参照实施例1，取市售BNi-2钎料分散于水和乙基纤维素形成的胶水中，用行星搅拌机搅拌混合均匀形成膏状钎料。将该膏状钎料涂覆在钢制基体上，之后使金刚石以静电吸附的方式附着到所述膏状钎料上，然后直接在空气中高频电加热到1100℃并保温15s，制得金刚石工具。
对照例2：参照实施例1，取市售BNi-2钎料分散于水和甲基纤维素形成的胶水中，用行星搅拌机搅拌混合均匀形成膏状钎料。将该膏状钎料涂覆在钢制基体上，之后使金刚石以静电吸附的方式附着到所述膏状钎料上，然后在氮气气氛中高频电加热到1000℃并保温20s，制得金刚石工具。
以高倍率显微镜对实施例1-实施例4及对照例1-对照例2所获金刚石工具的切面形貌进行观察，可以发现，实施例1-实施例4中金刚石均牢固结合在焊料中，金刚石与焊料之间无明显界面，焊料结构致密，基本无裂纹、气泡等，且在与基体的结合处部分渗入基体，而对照例1中金刚石与周围的焊料之间存在明显界面，焊料结构疏松，对照例2中金刚石与焊料之间的结合情况较之对比文件1有改善，但焊料中存在较多裂纹，焊料与基体的结合处也存在明显界面。对实施例1-实施例4、对照例1-对照例2所获金刚石工具进行金相组织分析，亦可看到，实施例2、3的焊料层比实施例1、4更为致密，其中还弥散分布着极小的碳化物颗粒。
再将实施例1-实施例4、对照例1-对照例2所获金刚石工具固定在磨床上，以旋转运动的氧化铝砂轮对金刚石工具表面进行干式磨削，砂轮线速度为35.0m/s，磨削深度为30μm，工作台进给速度为15mm/s。同时利用三维视频显微镜和扫描电子显微镜对金刚石工具上金刚石的破损情况进行了观察。可以看到，实施例1、实施例4的金刚石工具上的金刚石颗粒仅有很少的小块破碎，无脱落，实施例2、实施例3的金刚石工具上的金刚石颗粒基本保持完整晶形，无脱落，对照例1的金刚石工具上的金刚石颗粒存在较为严重的脱落情况，对照例2的金刚石工具上的金刚石颗粒有部分脱落和大块破损的情况。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。