钎焊单层金刚石砂轮关键问题的研究

概述了用活性钎料将金刚石磨料钎焊到钢基体表面制作单层金刚石砂轮，比传统的单层电镀金刚石钞轮具有明显的工艺优势。分析指出了钎焊工艺用现存的关键问题，即如何实现金刚石磨料与合金钎料层高的结合强度，钎料层厚度的均匀性和金刚石磨料的有序排布。给出了可行的解决方案，即利用Ag-Cu-Cr或Ni-Cr等活性钎料与金刚石界面化学反应生成的Cr7C3和Cr23C7，实现钎料层与金刚石间的高强度结合；通过化地貌优化，优化出磨粒排布方式，然后按优化的结果排布磨料。     

钎焊金刚石线锯的制作工艺

传统金刚石线锯是在细金属丝的表面通过电沉积镍或热固化树脂来固定一层金刚石磨料,用于材料的精密切割.由于磨料只是被机械地包埋镶嵌在镀层或树脂结合剂中,磨料易脱落,线锯寿命短.为解决此问题,提出了利用气体保护感应加热钎焊工艺制作金刚石线锯,提高金刚石磨料的结合强度.进行了气体保护装置的研制和钎焊工艺的研究,成功试制出钎焊金刚石线锯,对钎焊机理进行了探讨.     

Ni-Cr合金真空钎焊金刚石界面微结构分析

钎焊单层超硬磨料砂轮极高的结合强度和接近理想的锋利形貌 ,使它在生产应用中显示出传统砂轮无法比拟的优异性能。这种新型超硬磨料砂轮以其卓越的磨削性能必将逐步取代传统单层电镀砂轮。本文在真空炉中用钎焊的方法 ,用Ni Cr合金钎料 ,适当控制钎焊温度、保温时间和冷却速度 ,实现了金刚石与钢基体的高强度连接。并用深腐蚀的方法处理钎焊后的试样 ,用扫描电镜、X 射线能谱仪 ,结合X 射线衍射结构分析 ,对金刚石与钎料界面微区结构进行了分析。结果表明 :在钎焊过程中 ,钎料会在金刚石界面形成富铬层并与金刚石表面的C元素反应生成Cr7C3 和Cr3 C2 ,其中Cr7C3 呈笋状生长 ,Cr3 C2 呈片状生长。Ni Cr合金与金刚石的冶金结合 ,是实现金刚石和钢基体有高结合强度的主要因素。最后通过磨削对比实验确证了金刚石与钎料有较高的结合强度     

两种钎焊金刚石工具微观结构的对比分析

分别利用真空电阻炉中钎焊和氩气保护下高频感应钎焊制作单层钎焊金刚石工具,借助SEM、EDS和XRD等分析了两种工具的微观结构。结果表明：电阻炉中钎焊的金刚石一钎料界面上有两层结构,内层产物是Cr3C2,外层产物是Cr7C3;高频钎焊的金刚石一钎料界面上仅有单层产物Cr3C2。这两种工艺制作出来的工具,其界面结构虽有差别,但都存在化学冶金结合,足以保证金刚石和钎料层之间具有较高的结合强度。     

铜锡钛合金真空钎焊金刚石的界面微观结构

用铜锡钛合金钎料对金刚石和45钢进行真空钎焊,分析了钎料和金刚石结合界面的微观结构。结果表明:该钎料对金刚石有良好的润湿性,在金刚石表面生成了不连续、无规则形状的TiC层,TiC层上又生成了树枝状的锡钛化合物,该化合物在界面起到了过渡和桥梁的作用;金刚石与45钢实现了良好的冶金结合。     

钎焊金刚石研究进展及其工具的应用

现有的钎焊金刚石方法无法避免金刚石石墨化以及高温热损伤,因此基于金刚石/钎焊合金界面润湿性、金刚石钎焊机理、钎焊金刚石方法,综合分析影响钎焊金刚石性能的主要因素,并概括总结国内外单层和多层钎焊金刚石工具的研究成果。详细论述钎料合金成分、钎焊温度、保温时间、钎焊气氛以及表面金属化等因素对钎焊金刚石的影响。各因素不但影响钎料合金/金刚石界面相互作用(包括界面润湿、界面化学反应、界面微观结构、金刚石热损伤等),而且会引起残余热应力的产生,进而影响焊接接头的质量。如钎料合金中的活性元素在界面处相互扩散并形成化合物是金刚石与基体以及钎料合金实现高强度连接的关键;适宜的钎焊温度以及恰当的保温时间不但会使界面结合力增强,降低界面残余应力,还能减少反应界面微观孔洞、疏松等缺陷的形成;采用真空或保护气氛环境,可以降低金刚石的氧化和石墨化程度。通过现阶段钎焊金刚石工具的发展现状,结合社会生产现实需要,对其发展方向和未来要克服的难题进行展望。     

钎焊单层金刚石砂轮的实验研究

单层高温钎焊超硬磨料砂轮具有传统砂轮和电镀砂轮无法比拟的优异磨削性能。利用高频感应钎焊的方法,以Ag-Cu合金和Cr粉为钎料,在一定的钎焊工艺条件下进行了实验研究,实现了金刚石与钢基体间的牢固化学冶金结合。扫描电镜分析发现在Ag-Cu-Cr与金刚石的界面之间形成CrC,与钢基体结合界面之间形成(FexCry)C,这是实现合金层与金刚石及钢基体之间都有较高结合强度的主要因素,并在相同的磨削参数条件下与电镀砂轮进行了对比实验,取得了较好的结果。     

钢基体上镍基钎料激光钎焊金刚石磨粒的界面结构

在氩气保护条件下,用镍基合金钎料在45钢基体上对金刚石磨粒进行了激光钎焊试验,采用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)及X射线衍射仪(XRD)对钎焊金刚石试样进行了分析.结果表明:激光钎焊过程中在金刚石表面附近形成的富铬层与金刚石表面的碳元素反应生成Cr3C2、CCr7C3、Cr23C6,镍铬合金钎料和钢基体中的元素相互扩散在钢基体结合界面上形成化学冶金结合.     

金刚石与金属基体钎焊机理的研究

通过在低熔点合金中添加Ti、Cr、V、Mo等强碳化物形成元素 ,在液相下与金刚石表面界面反应生成碳化物膜 ,可改善合金钎料对金刚石表面的浸润性 ,实现钎料对金刚石的牢固粘结。分析了影响钎焊质量的主要因素 ,为高性能金属基金刚石工具的制造提供了理论和实践依据。作为应用实例之一 ,介绍了单层钎焊金刚石砂轮的工艺优势。     

添加Cr粉改善Ag-Cu-Zn合金钎焊金刚石性能及其界面微观结构

在Ag-Cu-Zn合金钎料中添加Cr粉,将混合钎料用于钢基体上的金刚石高频感应钎焊。钎料对金刚石的润湿性较好,具有较强的把持力。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析和X射线衍射对钢基体-钎料合金-金刚石之间的界面微观结构和反应产物进行了观察和分析,发现在钎料合金靠近钢基体部分、钎料合金靠近金刚石部分以及在金刚石上都存在反应过渡层,且在钎料和金刚石之间的主要反应产物是Cr₇C₃,该反应物是钎料和金刚石之间牢固结合的主要因素。     

钎焊气氛对金刚石钎焊性能的影响

主要利用Cu-10Sn-5Ti钎料粉末,在空气、Ar气保护和真空气氛下分别对金刚石进行钎焊试验,通过扫描电子显微镜观测金刚石钎焊形貌、X射线衍射仪分析界面生成物成分、激光拉曼光谱仪检测金刚石石墨化程度、磨损试验分析金刚石破损形式等手段,考察研究不同钎焊气氛对金刚石钎焊性能的影响。试验结果表明,在空气中钎焊时,钎料粉末出现了一定的氧化,生成的氧化膜阻碍了界面反应的充分进行,对钎焊性能有一定的影响,金刚石也出现了较严重的热损伤,磨削过程中出现了少数部分颗粒脱落的情况;而在Ar气保护和真空钎焊时,钎料充分润湿和铺展,实现了对金刚石的高强度把持,金刚石石墨化程度很小,金刚石主要经历了完整、小块破碎、大块破损、磨平等正常磨损形式,金刚石利用率高。     

钎焊气氛对金刚石磨耗特性的影响

采用NiCr合金钎料,通过Ar气保护和真空钎焊的方法制备了钎焊金刚石耐磨性试件,并研究了钎焊气氛对金刚石磨耗特性的影响。结果表明：在试验条件完全相同的情况下,不同的钎焊气氛导致金刚石磨耗特性不同,即经真空钎焊金刚石的磨耗特性表现为破碎方式,而经Ar气保护炉中钎焊金刚石的磨耗特性初始表现为磨耗平台方式,其后随着磨耗平台面积的增大,金刚石出现破碎。最后采用Ar气保护和真空钎焊方式制作了金刚石套料钻并进行了钻削试验,由于磨耗特性的不同,Ar气保护炉中钎焊套料钻较真空钎焊套料钻具有更长的使用寿命。     

Performance of brazed diamond wheels fabricated in hydrogen/methane plasmas or a vacuum

The ambience in which brazed diamond wheels are fabricated has an important effect on the sharpness of the brazed diamond grits and on the hold of the filler alloy on these grits. In this work, brazed diamond wheels were fabricated using NiCr alloy either in a 0.05-Pa vacuum or in H₂/CH₄ plasmas at a temperature of 1,020°C for 5 min. The surface of the diamond grits brazed in H₂/CH₄ plasmas and protruding out of the filler alloy is not graphitized. The layer of carbide formed on the interface between the filler alloy and diamond brazed in H₂/CH₄ plasmas allows the liquid filler alloy to soak the diamond grits better. This is good for the filler alloy gaining a firm hold on the diamond grits. Diamond grits brazed in H₂/CH₄ plasmas undergo compressing stress due to the penetration of carbon into the filler alloy. There is a white band, which denotes firm metallurgical bond, between the filler alloy and the substrate of a brazed diamond wheel fabricated in H₂/CH₄ plasmas or in the 0.05-Pa vacuum, but the bandwidth in the brazed diamond wheel fabricated in H₂/CH₄ plasmas is almost twice that in the brazed diamond wheel fabricated in the 0.05-Pa vacuum. Grinding tests showed that the percentages of both whole grain fractures and pullouts from the matrix of diamond grits brazed in H₂/CH₄ plasmas are lower than those of diamond grits brazed in the 0.05-Pa vacuum.     

钎焊金刚石工具钎焊强度评价的研究

利用高频感应钎焊技术,在不同的钎焊时间和真空度条件下制备金刚石工具试样,在自制的装置上测试试样单颗金刚石磨粒的剪切破坏力大小。结合对破坏颗粒的微观观察发现,金刚石磨粒在受剪切力时一般有三种破坏形式:滑移、折断和拔出。由此得出:制备钎焊金刚石工具应选用高级别的金刚石磨粒及高真空度下较长时间的钎焊。     

Wear-corrosion properties of diamond conditioners in CMP slurry

There are three types of conditioners discussed, they were manufactured as follows: (a) bonded by electroplating nickel (ED); (b) brazing Ni–Cr alloy (BD); and (c) diamond-like carbon (DLC) film deposition on a brazed conditioner (BDD). After a wear-corrosion test, the brazing process shows no diamond fall-out when compared with the electroplating process. The denser distribution of diamond grits causes a lower coefficient of friction and a lower weight loss of counterpart, and this in turn causes the ring rotating but less ploughing action during the wear-corrosion test. A good clearance between each diamond grits benefits the penetration against counterpart, and indeed scrapes (i.e. conditions) more efficiently. DLC film deposited on the conditioner surface of brazed Ni–Cr alloy conditioner BDD exhibits the best overall performance in terms of a higher removal rate, a lower wear loss and a better corrosion resistance when compared with conditioners ED and BD.     

Ni—Cr合金Ar气保护炉中钎焊金刚石砂轮的研究

用活性行钎料钎焊单层金刚石砂轮与传统电镀砂轮相比具有磨锋利，寿命长等优异性能。利用Ar气谷护炉中钎焊的方法，用Ni-Cr合金粉末做钎料，迁当控制钎焊温度，保温时间和冷却速度，实现了金融石与钢基体的牢固连接，利用扫描电镜和X射线能谱，结合X射线衍射结构分析，发现在钎焊过程中Ni-Cr合金中的Cr元素分离出在金刚石界面形成富Cr层并与金刚石表面的C元素反应生成Cr3C2和Cr7C3，这是实现合金与金刚石有较高结合强度的主要因素，重负荷磨削实验表明金刚石为正磨损，没有整颗金刚石脱落。     

Study on diamond vacuum brazed with Cu-based filler metal containing Cr

To reduce the thermal damage to the diamond and production cost, Cu-Sn-Ni-Cr and Cu-Sn-Cr were used to braze the diamond. SEM, EDS, and XRD were used to analyze the morphology of the diamond and the microstructure of the interface and the brazing alloy. Graphitization of the brazed diamond was tested by laser Raman, and the static compressive strength and toughness index of the diamond abrasive were measured. The results show that it realizes chemical metallurgical bonding between the diamond and either of these two filler metals, while Cu-Sn-Ni-Cr shows better wettability to the diamond. The brazed diamond has complete morphology and smoothing surface, there is almost no graphite in the diamond, but the static compressive strength and TI decrease slightly. On the surface of the diamond, it generates continuous laminar (Cr, Fe)₇C₃. The bonding strength between the diamond and the filler metal can meet the need of grinding. During the solidification process of the brazing alloy, dendrite α-Cu precipitates out firstly; then there is peritectic transformation and eutectoid transformation to form dendrite α-Cu, Cu_6.5Sn, Cu₉NiSn₃, and eutectoid α-Cu.     

金刚石孔钻连续炉钎焊工艺研究

通过在连续炉钎焊炉中对金刚石进行钎焊试验,并用所制得的金刚石孔钻进行钻削试验,得到了批量生产金刚石孔钻的可行钎焊工艺。利用扫描电镜比较了金刚石磨粒分别在真空钎焊和网带炉钎焊后的不同形貌,建立了孔钻的有限元模型,并模拟计算出孔钻在钎焊炉中的热循环曲线。对比热电偶实测结果,验证了有限元模型的准确性,对比分析了真空钎焊工艺和连续网带炉钎焊工艺的异同及其对孔钻使用寿命的影响。     

钎焊金刚石薄壁小孔钻研制

以Ni-Cr合金为钎料,分别用真空加热和高频感应加热两种方式进行了金刚石磨粒与0Cr18Ni9不锈钢基体的钎焊,制作了基体外径为3 mm的薄壁小孔钻头。进行了半钢化玻璃钻削试验,用扫描电子显微镜观察钻削试验前后钻头的微观形貌。结果表明:两种钎焊工艺皆实现了金刚石磨粒的高强度连接;加热源不同及金刚石磨料出露高度差异性是影响钻头磨损方式的主要因素;为确保钻头的寿命和高效,磨粒出露高度应控制在其自身高度的50%-60%之间。