一种金刚石磨削工具钎焊用铜基活性钎料的制作方法

本发明涉及一种金刚石磨削工具钎焊用铜基活性钎料。

背景技术：

金刚石磨削工具是一种精巧、无污染、噪音小、震动小、切缝窄的精密电子工业用工具，金刚石磨削工具用钎料要求钎焊温度低、结合力高、活性温度范围广。

传统金刚石磨具基体与金刚石结合面上没有牢固的冶金结合，把持力不大，在负荷较重的高效磨削作业中，容易造成金刚石磨粒脱落或镀层成片剥落而整体失效。金刚石在空气中800℃已经发生了碳化，严重影响金刚石的性能，因此开发出一种在800℃以下并能使金刚石与基体形成牢靠的冶金结合的钎焊用的钎料，对于提高金刚石磨具的性能有重要意义。

目前钎焊金刚石活性钎料合金主要有镍基、铜基、银基三类。镍基钎料钎焊温度较高，容易使金刚石出现热损伤；银基钎料成本较高；铜基钎料钎焊温度低且性能与银基钎料相近。

铜基钎料中铜锡钛钎料应用最广泛，而cu-sn-ti活性钎料显微硬度不高，在使用时极易遭到陶瓷、花岗岩、石材等被加工材料的磨屑磨损，耐磨性能差，造成金刚石整颗脱落。中国专利cn101913036b公开了一种钎焊金刚石工具用铜锡钛钎料，该专利钎料可在800℃以下得到完全液相，使用该活性钎料钎焊石墨和45号钢接头剪切强度可达到301.4mpa。此类cu-sn-ti钎料存在的问题是：钎料温度仍然偏高、耐磨性与金刚石匹配性差。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种金刚石磨削工具钎焊用铜基活性钎料，使金刚石与基体具有较高的结合强度，生产工艺流程简单，易于获得成分均匀的产品。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种金刚石磨削工具钎焊用铜基活性钎料，其特征在于：铜基活性钎料成分按重量百分比包括：52%~68%铜，17%~23%锡，5%~11%钛，5%~9%镍，3%~5%铬和0.5%~1.5%磷。

进一步的，所述的铜、锡、钛、镍、铬和磷均为纯金属。

进一步的，所述的铜占54~68%，所述的锡占18~23%，所述的钛占7~11%，所述的镍占6~9%，所述的铬占4~5%，所述的磷占1~1.5%。

进一步的，所述的铜占54~66%，所述的锡占19~23%，所述的钛占8~11%，所述的镍占6~8%，所述的铬占4~5%，所述的磷占1~1.5%。

进一步的，所述的铜占56~60%，所述的锡占19~21%，所述的钛占8~9%，所述的镍占6~7%，所述的铬占4~5%，所述的磷占1~1.5%。

进一步的，铜基活性钎料按以下步骤制备：

步骤一、准备覆盖剂：将木炭装进带有出气孔的金属桶中，打开气孔，放在抵坑炉中，加热到800~820℃，保持4~6小时，然后将气孔堵上，冷却待用；

步骤二、将按比例配好的原料放入抵抗炉内，升温至原料熔化，加入覆盖剂，然后加入精炼除气剂，精炼5~10分钟，得到合金熔液；

步骤三、将待浇注的模型在温度为1000~1200℃条件下焙烧30~40min，冷却至700~900℃备用；

步骤四、将步骤二所得合金熔液降温至600~800℃后浇入步骤三的模型内，充分搅拌、捞渣，浇铸成型；

步骤五、将步骤四所得预铸件冷却至室温后脱模得到铜基活性钎料铸锭；

步骤六、挤压铸锭：挤压机的预热温度为520~570℃，保温时间为20~40min，模片预热时间为20~40min，挤压速度为15~25mm/s，挤压比为80~95。

进一步的，所述步骤二中，精炼除气剂分为3~5次加入，相邻两次加入的时间间隔2~3min。

本发明的活性钎料，主要含有铜、锡、钛，在铜锡钛活性钎料基础上复合添加镍、铬、磷，所得钎料合金润湿性好，且熔点低，钎焊温度在800℃以下，钎焊时使金刚石与基体形成牢固冶金结合，结合强度高，对金刚石把持力高，且耐磨性好。

本发明是基于下述各元素的特性原理而选择作为钎料的制备原料的：钛为活性元素，可与碳形成化合物，形成牢固结合；铬能够与碳化物形成元素，可提高润湿性，形成牢固结合；锡可以降低合金熔点，但使脆性增加；镍具有固溶强化的作用；磷则能够降低铜的溶解度。

本发明的有益效果为：本发明的一种金刚石磨削工具钎焊用铜基活性钎料，生产方法工艺流程简单，易于获得成分均匀的产品；镍元素的固溶强化作用及碳化物形成元素铬元素作用下，金刚石与基体能够形成牢靠的冶金结合，增强把持力；磷元素的加入使得熔点降低，所得钎料熔点较低。

附图说明

图1为金刚石/活性钎料扫描电镜图。

其中，图中各标号为：a、金刚石；b、金刚石/活性钎料界面；c、活性钎料。

具体实施方式

为了本领域的技术人员能够更好地理解本发明所提供的技术方案，下面结合具体实施例进项阐述。

实施例1

本实施例的铜基活性钎料，由以下百分比的组分：所述的铜占52%，所述的锡占22%，所述的钛占11%，所述的镍占8.5%，所述的铬占5%，所述的磷占1.5%。

铜基活性钎料的具体制备方法为：将按比例配好的原料放入炉内，升温至合金熔化，加入覆盖剂，然后加入精炼除气剂，精炼5分钟，得到合金熔液，将待浇注的模型在温度为1000条件下焙烧30min，冷却至750℃备用，将所得合金熔液降温至800℃后浇入模型内，充分搅拌、捞渣，浇铸成型，脱模得到铸锭，并挤压铸锭：预热温度为520℃，保温时间为20min，模片预热时间为20min，挤压速度为18mm/s，挤压比为85。

本实施例的活性钎料合金在760℃以下即可获得完全液相；在本发明的活性钎料的表征中，由于钎焊金刚石颗粒很难量化金刚石和基体的钎焊结合强度。而石墨和金刚石的元素都是碳，所以，以基体钎钎焊石墨为剪切试样，量化碳和基体的结合强度，进而证明基体与金刚石颗粒的结合强度。具体以本实施例制备的活性钎料为原料，制备活性钎料钎焊石墨剪切样品，并测定本实施例的活性钎料钎焊石墨和45号钢的剪切强度，该活性钎料钎焊石墨/45号钢接头剪切强度可达361.2mpa。

图1为本实施例的金刚石/活性钎料的扫描电镜图片，a区域为金刚石区域，b区域为金刚石/活性钎料界面区，c区域为活性钎料区；从图中可以看出，金刚石光滑完整，没有产生明显的热损伤现象。并且金刚石和活性钎料之间的界面结合良好。

实施例2

本实施例的铜基活性钎料，由以下百分比的组分：所述的铜占52%，所述的锡占22%，所述的钛占11%，所述的镍占8.5%，所述的铬占5%，所述的磷占1.5%。

铜基活性钎料的具体制备方法为：将按比例配好的原料放入炉内，升温至合金熔化，加入覆盖剂，然后加入精炼除气剂，精炼10分钟，得到合金熔液，将待浇注的模型在温度为1100条件下焙烧40min，冷却至800℃备用，将所得合金熔液降温至900℃后浇入模型内，充分搅拌、捞渣，浇铸成型，脱模得到铸锭，并挤压铸锭：预热温度为550℃，保温时间为30min，模片预热时间为30min，挤压速度为20mm/s，挤压比为90；

本实施例的活性钎料合金在770℃以下即可获得完全液相；该活性钎料钎焊石墨/45号钢接头剪切强度可达367.1mpa。

实施例3

本实施例的铜基活性钎料，由以下百分比的组分：所述的铜占60%，所述的锡占20%，所述的钛占8%，所述的镍占7%，所述的铬占4%，所述的磷占1%。

铜基活性钎料的具体制备方法为：将按比例配好的原料放入炉内，升温至合金熔化，加入覆盖剂，然后加入精炼除气剂，精炼5分钟，得到合金熔液，将待浇注的模型在温度为1100条件下焙烧30min，冷却至750℃备用，将所得合金熔液降温至800℃后浇入模型内，充分搅拌、捞渣，浇铸成型，脱模得到铸锭，并挤压铸锭：预热温度为550℃，保温时间为30min，模片预热时间为30min，挤压速度为18mm/s，挤压比为85。

本实施例的活性钎料合金在790℃以下即可获得完全液相；该活性钎料钎焊石墨/45号钢接头剪切强度可达370.4mpa。

实施例4

本实施例的铜基活性钎料，由以下百分比的组分：所述的铜占60%，所述的锡占20%，所述的钛占8%，所述的镍占7%，所述的铬占4%，所述的磷占1%。

铜基活性钎料的具体制备方法为：将按比例配好的原料放入炉内，升温至合金熔化，加入覆盖剂，然后加入精炼除气剂，精炼10分钟，得到合金熔液，将待浇注的模型在温度为1000条件下焙烧40min，冷却至800℃备用，将所得合金熔液降温至800℃后浇入模型内，充分搅拌、捞渣，浇铸成型，脱模得到铸锭，并挤压铸锭：预热温度为570℃，保温时间为20min，模片预热时间为20min，挤压速度为20mm/s，挤压比为85。

本实施例的活性钎料合金在780℃以下即可获得完全液相；该活性钎料钎焊石墨/45号钢接头剪切强度可达372.2mpa。

实施例5

本实施例的铜基活性钎料，由以下百分比的组分：所述的铜占68%，所述的锡占17%，所述的钛占6%，所述的镍占5.5%，所述的铬占3%，所述的磷占0.5%。

铜基活性钎料的具体制备方法为：将按比例配好的原料放入炉内，升温至合金熔化，加入覆盖剂，然后加入精炼除气剂，精炼6分钟，得到合金熔液，将待浇注的模型在温度为1200条件下焙烧30min，冷却至800℃备用，将所得合金熔液降温至700℃后浇入模型内，充分搅拌、捞渣，浇铸成型，脱模得到铸锭，并挤压铸锭：预热温度为520℃，保温时间为40min，模片预热时间为40min，挤压速度为18mm/s，挤压比为80。

本实施例的活性钎料合金在790℃以下即可获得完全液相；该活性钎料钎焊石墨/45号钢接头剪切强度可达373.1mpa。

实施例6

本实施例的铜基活性钎料，由以下百分比的组分：所述的铜占68%，所述的锡占17%，所述的钛占6%，所述的镍占5.5%，所述的铬占3%，所述的磷占0.5%。

铜基活性钎料的具体制备方法为：将按比例配好的原料放入炉内，升温至合金熔化，加入覆盖剂，然后加入精炼除气剂，精炼8分钟，得到合金熔液，将待浇注的模型在温度为1200条件下焙烧40min，冷却至700℃备用，将所得合金熔液降温至800℃后浇入模型内，充分搅拌、捞渣，浇铸成型，脱模得到铸锭，并挤压铸锭：预热温度为560℃，保温时间为30min，模片预热时间为30min，挤压速度为20mm/s，挤压比为90。

本实施例的活性钎料合金在790℃以下即可获得完全液相；该活性钎料钎焊石墨/45号钢接头剪切强度可达369.2mpa。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。