本发明属于超硬磨料工具制作领域，具体涉及一种新型钎料钎焊单层金刚石砂轮的制作方法。
背景技术：
随着科技的发展，大量硬脆材料以及各种复合材料因具有高强度、高硬度、高耐磨性等优点而被广泛应用于各个领域，但其难加工的特性对加工工具提出了更高的要求，采用金刚石的工具进行磨削加工是非常重要的一类加工方法。金刚石磨料因其具有高硬度、高耐磨性、高导热性等优异的机械性能而被广泛应用于制作超硬磨料工具。目前，在金刚石工具制作领域，钎焊技术可实现金刚石、结合剂和金属基体界面间良好的化学冶金结合，而被广泛应用。金刚石工具对钎料具有很高的工艺要求：①钎料对金刚石和基体具有良好的润湿性；②钎料应避免与金刚石过度反应；③钎料与金刚石热膨胀系数应较为接近，减少焊接残余应力；④适中的强度、硬度、耐磨性，可以实现金刚石磨粒的实时出露和减小残余应力。目前大部分钎料以ni基和cu基为主，ni基钎料中较高的ni含量会促使金刚石石墨化及造成金刚石的过度溶解，另外ni-cr-b-si通常是一种硬面合金，其良好的耐磨性易导致金刚石磨粒难以实时出露，而铜基钎料中的cu不是触媒，因此不会促使金刚石石墨化，而且cu几乎不溶解金刚石，但其硬度较低，使得该钎料耐磨性较差，常会导致钎料层磨损过度使金刚石磨粒脱落。高熵合金是一种以多种组元为基的合金，其微观组织大多为固溶体，由于具有多种元素的固溶强化，其硬度、强度较高，而固溶体具有较高的韧性，在含有一定的活性元素后适于钎焊金刚石。
本发明采用ni-cr-b-si、cu粉、ti粉、sn粉、mn粉混合制成的高熵合金粉末作为钎料，钎料成分调控容易，成本低。该钎料在钎焊后表现出适中的硬度，可以使金刚石在砂轮使用过程中始终保持良好的出露高度，有利于提高工具的使用寿命。该多主元高熵合金在钎焊后形成固溶体，并通过添加活性元素cr、ti来提高钎料对金刚石的润湿性，使得钎料、金刚石、钢基体获得很强的结合力，钎料对金刚石把持力高。sn、mn元素的添加能够使钎料的熔点下降，使其适于钎焊金刚石，高熵合金的钎料层具有良好的韧性、塑性，降低钎焊残余应力，延长使用寿命。
技术实现要素：
本发明的目的是在提高钎料对金刚石磨料的把持强度的同时，钎料具有较好的韧性和强度，使单层金刚石砂轮适于对硬脆材料的高效加工。因金刚石磨料的难以润湿，选择含ti、cr的高熵合金作为钎料对金刚石进行钎焊，该钎料含有一定的活性元素ti、cr，不仅可以与金刚石进行界面反应，促进钎料对金刚石磨粒的润湿性，提高磨粒的把持强度，而且高熵合金由于多组元使其协同扩散导致有效扩散较慢，能够使金刚石与钎料的界面反应适中，另外，大多数含sn、ti的钎料会形成较多的化合物，使钎料变脆，但本发明的高熵合金避免了钎料脆性的缺点。采用了ni-cr-b-si和sn降低了钎料的熔点，而焊后形成固溶体的高熵合金钎料层，具有硬度、耐磨性适中的特点。
1.一种感应加热钎焊单层金刚石砂轮的制作方法包括下述工艺步骤：
步骤一、利用机械加工的方法制备金刚石砂轮基体，其中砂轮基体直径在350mm~800mm之间。
步骤二、采用ni-cr-b-si、cu、ti、sn、mn金属粉经球磨混合制成的粉末做为钎焊金刚石砂轮的钎料，所述的ni-cr-b-si、cu、ti、sn、mn金属粉的质量百分比为：25~30：15~20：10~15：20~25：10~25；其中ni-cr-b-si中各种元素质量比组成为：c为0.6~1.2%，cr为17~21%，b为2.5~4.5%，si为3-4.5%，ni为70~77%。具体的球磨工艺为：采用钢制球磨罐进行球磨混合，其中的磨球与金属粉质量比为3~3.5∶1，密封后打开真空阀抽真空20~30分钟，将球磨罐放入行星式球磨机，转速为300~350r/min，倒向频率30~45hz，进行球磨混料时间为60~80分钟。
步骤三、将金属粉与压敏胶按1∶2.3~2.8的质量比例混合制成钎料浆液；
步骤四、将钎料浆液与金刚石磨粒按比例混合均匀涂覆固定在砂轮基体表面；其中金刚石磨粒的粒度为120~450μm，涂覆的钎料浆液厚度为金刚石磨粒平均粒径的95-125％。
步骤五、按底层为金刚石砂轮基体、中层为钎料浆液、上层为金刚石磨粒的顺序制作工具成型毛坯；
步骤六、采用感应加热的方式对成型毛坯进行加热钎焊，感应加热设备输出频率700~800khz，功率为1.5~2kw。钎焊温度为1000℃~1050℃。
具体实施方案
实施例1
1.一种感应加热钎焊单层金刚石砂轮的制作方法包括下述工艺步骤：
步骤一、选择45钢作为砂轮基体，利用机械加工的方法制备金刚石砂轮基体，其中砂轮基体直径在500mm。
步骤二、采用ni-cr-b-si、cu、ti、sn、mn金属粉经球磨混合制成的粉末做为钎焊金刚石砂轮的钎料，所述的ni-cr-b-si、cu、ti、sn、mn金属粉的质量百分比为25：20：15：20：20；其中ni-cr-b-si的化学成分c为1%，cr为18%，b为4%，si为4%，ni为73%。球磨工艺为：采用钢制球磨罐进行球磨混合，其中的磨球与金属粉质量比为3.2∶1，密封后打开真空阀抽真空30分钟，将球磨罐放入行星式球磨机，转速为300r/min，倒向频率42hz，进行球磨混料时间为80分钟。
步骤三、将金属粉与压敏胶按1∶2.5的质量比例混合制成钎料浆液；
步骤四、将钎料浆液与金刚石磨粒按比例混合均匀涂覆固定在砂轮基体表面；其中金刚石磨粒的粒度为260~300μm，涂覆的钎料浆液厚度为金刚石磨粒平均粒径的100％。
步骤五、按底层为金刚石砂轮基体、中层为钎料浆液、上层为金刚石磨粒的顺序制作工具成型毛坯；
步骤六、采用感应加热的方式对成型毛坯进行加热钎焊，感应加热设备输出频率750khz，功率为1.75kw。钎焊温度为1040℃。
该金刚石钎焊工艺能够在界面处形成主要为一薄层较致密的cr3c2、tic复合碳化物，对金刚石热损伤较小，而在钎料中形成了少量cr7c3增强的高熵合金，具有钎料韧性较好，金刚石把持强度较高的特点，适于加工硬脆的花岗岩等材料。
实施例2
1.一种感应加热钎焊单层金刚石砂轮的制作方法包括下述工艺步骤：
步骤一、选择65mn钢作为砂轮基体，利用机械加工的方法制备金刚石砂轮基体，其中砂轮基体直径为600mm。
步骤二、采用ni-cr-b-si、cu、ti、sn、mn金属粉经球磨混合制成的粉末做为钎焊金刚石砂轮的钎料，所述的ni-cr-b-si、cu、ti、sn、mn金属粉的质量百分比为26：17：14：23：20；其中ni-cr-b-si的化学成分c为0.8%，cr为21%，b为4%，si为3.2%，ni为71%。球磨工艺为：采用钢制球磨罐进行球磨混合，其中的磨球与金属粉质量比为3∶1，密封后打开真空阀抽真空25分钟，将球磨罐放入行星式球磨机，转速为300r/min，倒向频率42hz，进行球磨混料时间为65分钟。
步骤三、将金属粉与压敏胶按1∶2.6的质量比例混合制成钎料浆液；
步骤四、将钎料浆液与金刚石磨粒按比例混合均匀涂覆固定在砂轮基体表面；其中金刚石磨粒的粒度为280~320μm，涂覆的钎料浆液厚度为金刚石磨粒平均粒径的100％。
步骤五、按底层为金刚石砂轮基体、中层为钎料浆液、上层为金刚石磨粒的顺序制作工具成型毛坯；
步骤六、采用感应加热的方式对成型毛坯进行加热钎焊，感应加热设备输出频率750khz，功率为1.8kw。钎焊温度为1050℃。
该金刚石钎焊工艺能够在界面处形成主要为cr3c2的碳化物，在钎料中形成了少量cr7c3增强的高熵合金，具有钎料韧性较好，金刚石把持强度较高的特点。
实施例3
1.一种感应加热钎焊单层金刚石砂轮的制作方法包括下述工艺步骤：
步骤一、选择q235钢作为砂轮基体，利用机械加工的方法制备金刚石砂轮基体，其中砂轮基体直径在700mm。
步骤二、采用ni-cr-b-si、cu、ti、sn、mn金属粉经球磨混合制成的粉末做为钎焊金刚石砂轮的钎料，所述的ni-cr-b-si、cu、ti、sn、mn金属粉的质量百分比为25：15：15：25：20；其中ni-cr-b-si的化学成分c为0.9%，cr为18%，b为3.5%，si为4.5%，ni为73.1%。具体的球磨工艺为：采用钢制球磨罐进行球磨混合，其中的磨球与金属粉质量比为3.5∶1，密封后打开真空阀抽真空20分钟，将球磨罐放入行星式球磨机，转速为350r/min，倒向频率30hz，进行球磨混料时间为70分钟。
步骤三、将金属粉与压敏胶按1∶2.6的质量比例混合制成钎料浆液；
步骤四、将钎料浆液与金刚石磨粒按比例混合均匀涂覆固定在砂轮基体表面；其中金刚石磨粒的粒度为120~450μm，涂覆的钎料浆液厚度为金刚石磨粒平均粒径的95％。
步骤五、按底层为金刚石砂轮基体、中层为钎料浆液、上层为金刚石磨粒的顺序制作工具成型毛坯；
步骤六、采用感应加热的方式对成型毛坯进行加热钎焊，感应加热设备输出频率700khz，功率为2kw。钎焊温度为1020℃。
该金刚石钎焊工艺能够在界面处形成主要为一薄层cr3c2的碳化物，对金刚石热损伤较小，而在钎料中形成了少量cr7c3增强的高熵合金，具有钎料韧性较好，金刚石把持强度较高的特点，适于加工硬脆的花岗岩等材料。