钎焊镀钛金刚石钻头的研制及其钻进性能分析

分别使用Ni-Cr和Cu-Sn-Ti等2种合金钎料真空钎焊制作镀钛和无镀层金刚石钻头,通过钻进玻化砖试验,研究了4类钻头的钻进性能。试验结果表明:Ni-Cr钎料钎焊制作的镀钛金刚石钻头与无镀层金刚石钻头比较,钻头平均寿命下降了41.7%;Cu-Sn-Ti钎料钎焊制作的镀钛与无镀层金刚石钻头比较,钻头平均寿命相当,但镀钛金刚石钻头的钻孔效率更高,并对其机理进行了分析。      

Ni-Cr合金钎焊镀W金刚石的微观结构分析

在1 030 ℃、保温20 min的真空条件下,空烧镀W金刚石及用Ni-Cr合金粉末钎焊镀W金刚石。用X射线衍射仪分析镀W金刚石空烧前后镀层物相的变化,用扫描电镜和能谱仪综合分析金刚石界面微观结构、新生物相和形貌以及元素分布特征。结果表明:镀W金刚石的镀层物相由空烧前的W₂C和单质W转变为空烧后的大量WC和少量W₂C,且镀层未脱落。镀W金刚石钎焊后,其镀层和钎料中有少量的NiW相生成,在镀W金刚石/Ni-Cr合金界面处有柱状Cr₇C₃生成,在钢基体/Ni-Cr合金界面处有铬基金属间化合物生成。      

局部感应钎焊金刚石锯片的研究

在适当工艺条件下,通过高频感应钉焊方法,以Ni-Cr合金作为钉料,在钢基体上钎焊镀钛金刚石与无镀层金刚石。微观分析发现,在钎焊镀钛金刚石表面生成规则致密的Cr-C化合物,而钎焊无镀层金刚石表面只生成少量疏松无序的Cr-C化合物。通过进一步设计试验表明,这足因为Ti改变了钎焊后金刚石表面碳化物形成机制。钎焊金刚石的表面形念影响钎焊后金刚石一钎料界面微观结构,使金刚石磨粒损耗形式大为不同,进而影响被加工材料表面质量。AZ63镁合金被切割30 m后截面形貌可显示,用钎焊镀钛金刚石锯片切割后的表面比钎焊无镀层金刚石锯片更光滑。     

镍基钎料真空钎焊镀钨金刚石的研究

为减轻镍基钎料真空钎焊金刚石接头的热损伤与残余应力，采用镀钨金刚石磨粒代替常规金刚石磨粒并将其钎焊到1045钢基体上，对钎焊镀钨金刚石接头的连接性能、热损伤程度及残余应力进行深入研究与分析。结果表明：镍基钎料对镀钨金刚石磨粒展现出良好的润湿性，与钎焊常规金刚石接头相比，钎焊镀钨金刚石接头在结合界面处的裂纹数量及尺寸明显减小。常规金刚石表面生成了致密有序的板条状Cr₃C₂层，而镀钨金刚石表面则形成了向钎料中生长的无序粒状Cr₃C₂层。在镀层的隔离保护作用下，钎焊后的镀钨金刚石磨粒表面的石墨化程度更低，力学性能更优异。同时，镀钨金刚石表面更薄、形貌更合理的Cr₃C₂层有效地缓解了镀钨金刚石接头内部的残余应力，其最大残余压应力相较于常规金刚石的降低9.43%。     

多层钎焊金刚石锯片的研制及基础分析

使用添加了合金粉A的Ni-Cr合金钎料制备金刚石表面钎焊金属化的磨粒,采用粉末冶金烧结技术制作了多层钎焊金刚石锯片、镀钛金刚石锯片和无镀覆金刚石锯片,并进行了对比切割试验。应用扫描电镜对表面钎焊金属化的金刚石磨粒界面及多层钎焊刀头断面进行了综合分析。结果表明:添加合金粉A既能保证Ni-Cr合金对金刚石磨粒的润湿,又能有效降低钎料对金刚石的损伤;多层钎焊锯片胎体与金刚石磨粒之间出现Ni元素的迁移现象,胎体与金刚石磨粒钎焊层形成了冶金结合;多层钎焊锯片比镀钛锯片具有更高的磨粒把持强度。     

活性元素Ti在CBN与钎料结合界面的特征

通过扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪研究了Ag-Cu-Ti钎料中的活性元素Ti在钎料与立方氮化硼（CBN）磨粒高温钎焊结合界面的扩散现象，并运用动力学分析对界面反应层的生长过程及反应激活能进行了探讨。结果表明：钎焊过程中，钎料中的活性元素Ti明显向磨粒侧扩散偏聚并发生化学反应，实现了磨粒与基体材料的牢固结合；钎焊CBN磨粒表面生成的TiB2和TiN化合物形貌接近平衡状态下生长的理想形貌；界面反应层在钎焊温度1153K～1193K，保温时间5min～20min之间依据抛物线生长法则所得扩散激活能值表明其生长过程主要受新生TiN影响。     

AgCuTi合金钎焊单层立方氮化硼砂轮

为研制我国新一代单层钎焊CBN(立方氮化硼 )磨料砂轮 ,尝试Ni-Cr和Ag -Cu-Ti两种活性钎料 ,在真空炉中钎焊。试验结果表明 ,Ni-Cr合金钎料对CBN磨料不浸润 ,钎焊后CBN磨料全部脱落 ;而Ag -Cu -Ti合金钎料对CBN则表现出良好的浸润性并将CBN牢牢钎焊住。借助扫描电镜、X射线能谱和X射线衍射对界面微区组织的分析研究表明 ,钎焊过程中Ag -Cu -Ti合金钎料中的Ti向CBN磨料界面富集 ,并与CBN磨料表面的N和B元素反应生成TiN和TiB ,这是实现Ag -Cu -Ti合金钎料与CBN磨料高结合强度的关键因素。断口形貌的分析研究表明 ,CBN与Ag -Cu -Ti合金钎料间的断口发生在Ag -Cu -Ti合金钎料层 ,说明CBN磨料与Ag -Cu -Ti合金钎料的结合强度已超过了Ag-Cu -Ti合金钎料本身强度。最后将研制出的单层钎焊CBN磨料砂轮与传统电镀CBN砂轮进行了重负荷磨削对比试验 ,钎焊砂轮表现出明显的优势     

Ni-Cr合金钎焊镀钛金刚石的研究

本文利用真空炉中钎焊的方法,采用Ni-Cr合金钎料,适当控制钎焊温度,保温时间和冷却速度,实现了镀钛金刚石与钢基体的高强度连接.并用深腐蚀处理钎焊后的试样,使金刚石脱离基体,用扫描电镜,X-射线能谱,对金刚石表面的碳化物进行了分析,剖析了Ni-Cr合金与镀钛金刚石的接口微区结构.结果表明:在钎焊过程中,钎料在金刚石表面形成富铬层并与金刚石表面的C元素反应生成Cr7C,和Cr3C2,其中Cr7C3呈笋状生长,Cr3C2呈片状生长,而Ti却并没有在表面形成碳化物.这主要是因为Ti元素与Ni的结合力大于Ti与C的结合力,因此,实现Ni-Cr合金与镀钛金刚石高强度冶金结合的,是活性钎料中的Cr元素.     

高温钎焊立方氮化硼界面微结构

以Ag-Cu-Ti合金为钎料采用真空钎焊的方法在优化的钎焊温度和时间下，实现了立方氮化硼(CBN)与砂轮基体的牢固连接。运用扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)及X射线粉末衍射仪(XRD)对连接界面的微观组织以及CBN表面生成物的三维形貌、化学成分、物相结构进行了综合分析。结果表明，钎料中的元素Ti向CBN表面扩散富集，生成了针状TiB2和TiN，在磨粒与钎料界面形成化学冶金结合，这是CBN与Ag-Cu-Ti钎料间有良好浸润性和高结合强度的主要原因。磨削对比试验表明钎焊CBN砂轮比电镀CBN砂轮具有更高的磨粒把持强度。     

微粉金刚石表面镀钛对钎焊磨具性能的影响

在微粉金刚石磨具的制备过程中,金刚石热损伤和磨粒与结合剂间界面特性是影响磨具性能的主要因素。利用电铸与钎焊相结合的工艺把表面镀钛和未镀钛两种微粉金刚石磨料制备成磨具,并将其用于氧化铝陶瓷的磨削试验。通过对钎焊后金刚石磨粒与钎料的界面分析,磨削力、磨粒脱落率以及工件表面粗糙度的比较,探讨磨粒表面镀钛对钎焊微粉金刚石磨具性能的影响。结果表明,镀钛微粉金刚石表面镀层在钎焊过程中对微粉金刚石起到包裹隔离的作用,可以降低微粉金刚石的热损伤和石墨化;在利用两种钎焊微粉金刚石磨具磨削氧化铝陶瓷时,镀钛微粉金刚石磨具的磨削力较小,磨料的脱落率也较少,且工件表面粗糙度值更低。综合比较,磨粒表面镀钛后,可以减弱微粉金刚石的热损伤,提高磨具的磨削性能。     

Microstructural characterization of diamond/CBN grains steel braze joint interface using Cu–Sn–Ti active filler alloy

In order to develop the new generation superhard abrasive tools of diamond and cubic boron nitride (CBN), the brazing joint experiments of diamond/CBN crystals and AISI 1045 steel matrix using Cu–Sn–Ti active filler powder alloy were investigated in vacuum furnace. The brazing temperature was 930 °C and the dwelling time was 20 min. Interfacial characteristics of the brazing joint among the diamond/CBN grains, the active filler layer and the steel substrate were analyzed using scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy and X-ray diffraction techniques. The results indicated that Ti element in the Cu–Sn–Ti alloys diffused preferentially to the surface of diamond/CBN grits to form a Ti-rich reaction layer in the brazed joints by microanalyses. Moreover, the TiC, TiN and TiB₂ phases in diamond/CBN interface and Cu–Ti phase in steel interface were confirmed by X-ray diffraction phase analysis. The wetting and bonding reactions on diamond/CBN by melting Cu–Sn–Ti alloy were realized through the interfacial reaction products like TiC, TiN and TiB₂ compounds during the brazing process. The adhesive strength experiments of the joint interfaces revealed that the grains were not pulled out from the bond interface. The reliable bonding strength of brazed diamond/CBN grains to the steel substrate can meet the application requirements of high efficiency machining in the industrial field.     

Interfacial characteristics of titanium coated micro-powder diamond abrasive tools fabricated by electroforming-brazing composite process

In this study, abrasive tools were fabricated by an electroforming-brazing composite process. The abrasive tools were prepared using micro-powder diamond (MPD) grits with and without titanium (Ti) coatings. The interface characteristics of the MPD diamond grits and filler alloy were investigated. The results show that the diamond grits are uniformly dispersed on the surface of the steel substrate without visible agglomeration, and the NiCr filler alloy has good wetting toward diamond grits. Compared to the uncoated diamond grits, the abrasive grains with a Ti coating have an ideal grain distribution and brazed joints, and no aggregation of Si element observed at its edge. There is a more stable carbide TiC that formed on its surface in addition to the chromium carbide. Furthermore, the coated diamond grits are not graphitized and show a better residual stress state. In the abrasive tools with Ti-coated diamond, numerous intermetallic compounds (IMCs) are formed in the brazing layer, but the formation of theγ-Ni-based solid solution is relatively slight. The IMCs increase the microhardness of the filler alloy and help improve the wear resistance of the solder layer.     

基于钎焊涂覆的树脂结合剂金刚石砂轮及性能研究

利用钎焊方法对单晶RVD和多晶PDGF1 2种金刚石磨料表面进行涂覆，制备涂覆前后4种磨料的树脂结合剂金刚石砂轮。研究钎焊过程对金刚石磨粒表面形貌和力学性能的影响，并测试不同砂轮加工硬质合金时的磨削性能。结果表明:钎焊涂覆方法可以在金刚石磨料表面有效包覆一层钎料合金涂层，涂层与金刚石磨粒间形成TiC界面结合。与涂覆前磨粒相比，涂覆后RVD磨粒的冲击韧性(TI)值减小了6%，PDGF1磨粒的TI值增大了42%。用钎焊涂覆PDGF1磨料制作的树脂结合剂金刚石砂轮拥有更低的磨削力和更高的磨削比, 但用钎焊涂覆RVD磨料制作的树脂结合剂金刚石砂轮的结果则相反。在相同加工参数下，4种砂轮磨削硬质合金的表面形貌相似，其表面粗糙度在0.50～0.68 μm。      

镀钛超硬材料微粉及应用

本文报道了采用真空微蒸发镀覆技术进行工业化超硬材料微粉镀覆生产。镀覆钛和久合金的超硬材料（金刚石、立方氮化硼）微粉主要技术指标为;镀覆微粉的粒度最细达到５μ（Ｗ５）,镀后无颗粒粘连,镀层均匀并且与超硬颗凿强力冶金结合,镀层光亮闪烁金属光泽。镀覆钛和钛合金的超硬材料微粉在各类精细超硬工具制造和超硬超晶材料领域有广泛应用前景。     

Interfacial reaction between cubic boron nitride and Ti during active brazing

Thermodynamic and reaction process analyses were performed to understand the joining characteristic during high temperature brazing between cubic boron nitride (CBN) grit and a silver-base filler alloy containing Ti as an active element. Experimental information on the microstructure of the brazed joint, the composition of the interface, and the shape of the compounds formed on the surface of the grit was obtained by scanning electron microscopy, energy-dispersive x-ray, and x-ray diffraction. The results indicate that Ti in the molten filler alloy facilitated good wetting between the solid CBN crystals and braze filler alloy. The transition layer formed by the interaction of TiN and TiB₂ was one of the key factors in joining the CBN and steel substrate.     

碳化硅复合材料与碳钢钎焊接头的抗剪强度及微观结构

采用磁控溅射镀膜技术对碳/碳化硅复合材料(C/SiC)表面进行镀Ti金属化，以AgCu₂₈为钎料，无氧铜为中间层与碳钢进行钎焊连接. 研究无氧铜中间层、Ti膜厚度和钎焊温度对接头组织形貌和力学性能的影响. 结果表明，采用无氧铜中间层可有效降低接头的残余应力，提高接头强度，并阻挡C/SiC复合材料中的Si元素在钎焊过程中扩散至碳钢侧，防止了碳钢界面FeSi_x恶性反应层的形成. 在试验范围内，钛膜厚度和钎焊温度与接头抗剪强度之间均存在峰值关系. 860 ℃，3 μm Ti膜接头平均抗剪强度最高，达到25.5 MPa. 由剪切试样碳钢侧断口，可观察到大量平行断口方向的碳纤维和碳纤维脱粘坑. 断裂发生在C/SiC复合材料内部距界面约300 μm处. C/SiC界面反应产物以Ti₅Si₃为主，含少量TiC. 钎缝中有TiCuSi相生成.     

感应钎涂金刚石/镍基合金复合涂层的性能

以45钢为基体,采用感应钎涂工艺在其表面制备金刚石/镍基合金复合涂层,通过洛氏硬度计、磨粒磨损试验机对涂层进行硬度和耐磨性测试,采用超景深显微镜、扫描电子显微镜对涂层、钎料和金刚石形貌进行观察,采用EDS对金刚石表面微区进行成分分析,初步研究了复合涂层的微观形貌、磨损规律及机制. 结果表明,金刚石颗粒在镍基合金复合涂层中弥散分布,与钎料合金实现了良好的冶金结合. 随着金刚石含量增加,可显著提高复合涂层的硬度及耐磨性. 当金刚石质量分数为20%时,涂层的宏观硬度达到63 HRC,较纯钎料涂层提高1.5倍;在相同的磨损试验条件下,纯钎料涂层的磨损失重为0.335 4 g,金刚石含量为20%的复合涂层磨损失重为0.097 9 g,仅为纯钎料涂层的29.2%.     

磨粒真空预钎焊金刚石磨轮的研制及其加工性能分析

分别采用Cu-Sn-Ti合金、A合金稀释的Ni-Cr合金对金刚石真空预钎焊处理,将预钎焊磨粒与金属粉末混匀后热压烧结制作节块和磨轮,并进行磨轮对比磨削实验。由抗压强度、冲击韧性实验测试磨粒力学性能,由抗弯强度实验测试节块抗弯强度。由扫描电镜分析磨粒与胎体界面结合效果。结果表明:Cu基预钎焊磨粒预钎焊层分布均匀,力学性能比A-Ni基预钎焊磨粒提高;预钎焊节块抗弯强度高于常规节块;Cu基预钎焊磨粒与胎体结合致密,界面处Ti元素偏聚富集,Fe、Cu元素相互扩散,实现了牢固化学冶金结合;预钎焊磨轮加工性能明显优于常规磨轮,Cu基预钎焊磨轮锋利度比Ni基预钎焊磨轮提高约15%,实现了多层钎焊效果。