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.     

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。     

Ni-Cr合金真空钎焊金刚石砂轮的研究

利用真空炉中钎焊的方法 ,用 Ni- Cr合金做钎料 ,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间的牢固连接。利用扫描电镜 X射线能谱 ,结合金相及试样逐层的 X射线结构分析 ,剖析了Ni- Cr合金与金刚石和钢基体钎焊界面的微区组织结构 ;揭示了 Ni- Cr合金对金刚石和钢基体表面的浸润和钎焊机理。即在钎焊过程中 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,在钢基体结合界面上Ni- Cr合金和钢基体中的元素相互扩散形成冶金结合 ,这是实现合金层与金刚石和钢基体都有较高结合强度的主要因素。最后重负荷磨削实验表明金刚石为正常磨损 ,没有整颗金刚石脱落。     

添加石墨对Ni-Cr合金保护气氛钎焊金刚石磨粒界面组织的影响

钎焊单层金刚石工具磨粒具有高的出刃和把持力,但在高温钎焊过程中易造成金刚石较大的热损伤,利用在Ni-Cr合金中添加适量的石墨,期望能够阻止金刚石石墨化,降低金刚石焊后热应力和过度反应。采用添加质量分数为0%、1%、2%石墨的Ni-Cr合金作为钎料对金刚石进行保护气氛钎焊试验,钎焊温度1 050℃保温5 min,利用扫描电镜对焊后金刚石的形貌和焊缝组织进行分析,测试钎缝的显微硬度。结果表明,添加1%石墨的钎料对金刚石润湿性较好,添加的C元素能够与Cr元素反应后形成碳化物,其中部分Cr3C2在金刚石表面形核长大,并与金刚石有一定位向关系,Cr7C3的形貌由实心转变为空心,钎缝中形成簇状共晶石墨,显微硬度由630 HV0.2下降到580 HV0.2,有利于金刚石磨粒的后期出露和降低热应力。     

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。     

添加Ni-Cr-B-Si的Cu基复合钎料真空钎焊金刚石界面微结构

为了降低钎焊金刚石的热损伤和调控钎料性能,采用添加适量Ni-Cr-B-Si的Cu基钎料对金刚石磨粒进行真空钎焊试验。采用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪对金刚石焊后形貌、界面微结构、钎料组织进行了分析。结果表明：添加20%Ni-Cr-B-Si的CuSn混合粉能够与金刚石实现化学冶金结合,金刚石热损伤降低明显,焊后形貌完整,表面基本光滑,并在金刚石表面的不同晶面生成了不同类型和形貌的碳化物。钎料凝固过程中首先析出α-Cu枝晶,经过包晶转变和共析转变,形成了α-Cu枝晶、Cu5.6Sn、Cu3Sn、Ni3Sn和共析α-Cu。随着Ni-Cr-B-Si含量的增大,钎料的硬度在增大,当添加量为20%时,硬度达到360~400HV0.2。     

钎焊金刚石/CBN砂轮基体工艺方法初探

针对目前国内制作钎焊金刚石/CBN砂轮的几种工艺方法,分析了存在的优缺点。根据工厂试验中出现的实际问题,指出了寻找到合适基体材料的方法,为解决高温钎焊对基体的影响提供了一个较好的样本。为了满足CBN/金刚石砂轮基体的力学性能需要,建议砂轮基体采用40Mn2这种材料,在700℃左右回火,其硬度可以达到38HRC左右,能够满足高速磨削和高精度磨削的要求。     

高温钎焊工艺对磨抛盘基体性能的影响研究

对磨抛盘基体高温钎焊前后的抗弯性能、显微硬度以及材料金相组织进行试验对比分析,研究高温钎焊工艺对磨抛盘基体性能的影响。结果表明,加钎料层基体焊后抗弯性能增强;基体焊后组织更为均匀,材料的强韧性更好,结合界面处组织致密;基体焊后材料显微硬度值降低了40HV0.05,焊后结合界面区域的显微硬度较高,验证了自行设计的磨抛盘基体的选材及结构设计能够满足要求。     

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。