專利名稱：用于立方氮化硼磨粒的無熱損傷活性釬焊方法及所用釬焊材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于立方氮化硼(CBN)磨粒的無熱損傷活性釬焊方法及所用的材料，可用于制作單層釬焊CBN磨具，屬于超硬磨粒工具制備技術領域。
背景技術：
立方氮化硼(CBN)超硬磨料具有“三高一好”(硬度、熱穩(wěn)定性和化學惰性高、導熱性好)的優(yōu)點。與金剛石超硬磨具相比，由CBN磨粒制作的各型固結磨料磨具在鈦合金、高溫合金等高強韌性難加工材料磨削加工中具有更廣闊的應用前景。但是，對于傳統(tǒng)多層樹脂、陶瓷和金屬結合劑CBN磨具、以及單層電鍍CBN磨具而言，由于磨粒與結合劑層之間僅僅依靠機械鑲嵌作用結合，對CBN磨粒的把持力不足，導致重負荷磨削過程中磨粒極易過早脫 落，磨具壽命和耐用度不理想，同時磨削效率(材料去除率)也受到限制。為了充分發(fā)揮CBN磨粒的超強耐磨性能，提出了單層釬焊CBN磨具的研究構想，期望通過CBN磨粒、活性釬料、磨具基體之間的化學結合實現(xiàn)磨具對磨粒的牢固把持，以此滿足難加工材料高效重負荷磨削加工對磨具磨粒把持強度的高要求。此外，單層釬焊CBN磨具還能夠避免樹脂磨具結合劑材料耐熱性差、強度低，陶瓷磨具結合劑容易局部脆性崩碎、甚至大塊碎裂，而金屬結合劑磨具雖強度高，但自銳性太差、修整極其困難等弊端，同時也能夠滿足超高速磨削對磨具旋轉安全性的要求，可用于高速超高速磨削。需要指出的是，普通單層釬焊CBN磨具通常選用Ag、Cu、Ti三種元素的重量百分比分別為68. 4%,26. 6%、5%的Ag-Cu-Ti合金釬料，需要加熱到920°C、保溫5min。雖然能夠實現(xiàn)對CBN磨粒的牢固把持，但存在著無法克服的內在問題。也就是，由于CBN磨粒、Ag-Cu-Ti合金釬料之間存在顯著的熱膨脹系數(shù)差異，分別為4. 55 X KT6IT1、20 X KT6IT1,導致焊后CBN磨粒內部存在較大的殘余應力，進而產(chǎn)生磨粒熱損傷，降低磨粒的強度與耐磨性，甚至于使CBN磨粒直接產(chǎn)生微裂紋。這種情況顯著降低了單層釬焊CBN磨具的加工性能，包括工具壽命、磨削表面粗糙度、材料去除率等遠低于預期值。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種可用于立方氮化硼(CBN)磨粒的無熱損傷活性釬焊方法，提高所制作的單層釬焊CBN磨具的工具壽命和材料去除率、以及加工質量。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種用于立方氮化硼磨粒的無熱損傷活性釬焊材料。為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術方案如下用于立方氮化硼磨粒的無熱損傷活性釬焊材料，其特征在于，由以下原料組成Ag-Cu-Ti合金粉末92重量％-96重量％、TiC顆粒4重量％_8重量％。Ag-Cu-Ti合金粉末Ag、Cu、Ti三種元素的重量百分比分別為66. 2%,25. 8%、8% ；TiC顆粒的尺度為亞微米級(介于100nm-5ym)；
與現(xiàn)有技術所采用的材料相比較，Ag-Cu-Ti合金粉末，Ti的含量提高，功能在于增強在較低的最高加熱溫度(890-910°C)與CBN磨粒之間的化學反應能力；其中，Ag-Cu-Ti合金起與CBN磨粒發(fā)生化學反應、實現(xiàn)對磨粒牢固把持的活性釬料作用。本發(fā)明是利用TiC顆粒的熱膨脹系數(shù)(6. 52X IO-6K-1)介于CBN磨粒的熱膨脹系數(shù)(4. 55 X IO^r1)與Ag-Cu-Ti合金的熱膨脹系數(shù)(20 X ΙΟΙ—1)的優(yōu)勢，通過向Ag-Cu-Ti合金粉末中加入亞微米級TiC顆粒制成復合釬料釬焊CBN磨粒,從而緩解CBN磨粒與Ag-Cu-Ti、合金之間因熱膨脹系數(shù)差異過大(即熱膨脹系數(shù)失配)而導致的釬焊CBN內部殘余應力過大、進而使磨粒熱損傷的問題。同時，與納米尺度(小于IOOnm)和微米尺度(大于5 μ m)的TiC顆粒相比,本發(fā)明選用的亞微米尺度(100nm-5 μ m)TiC顆粒既避免了納米尺度TiC顆粒容易聚團而影響對釬焊CBN磨粒的把持強度，又克服了微米尺度TiC顆粒易降低磨具結合劑層(釬料層)強度的弊端。用于立方氮化硼(CBN)磨粒的無熱損傷活性釬焊方法，其特征在于首先將Ag-Cu-Ti合金粉末與TiC粉末機械混合；然后將混合粉末排布于磨具基體表面，粉末厚度為O. 4"O. 6mm ；然后將立方氮化硼(CBN)磨粒均勻排布于混合粉末之上，再將整個試樣放入真空加熱爐；然后將反應體系的溫度在55-65分鐘內自室溫升溫到380_420°C，保溫13_17分鐘；然后在55-65分鐘內升溫到580-620°C，保溫13-17分鐘；然后在55-65分鐘內升溫到760-800°C，保溫13-17分鐘；然后在55-65分鐘內升溫到890-910°C，保溫6_10分鐘；然后在190-210分鐘內降溫到580_620°C，保溫13-17分鐘；然后在55-65分鐘內降溫到280_320°C，隨爐冷卻，低于150°C，開爐門；低于80°C出爐。再具體而言，首先將Ag-Cu-Ti合金粉末與TiC粉末機械混合；然后將混合粉末排布于磨具基體表面，粉末厚度為O. 5mm ；然后將CBN磨粒均勻排布于混合粉末之上，再將整個試樣放入真空加熱爐；然后將反應體系的溫度在60分鐘內自室溫升溫到400°C，保溫15分鐘；然后在60分鐘內升溫到600°C，保溫15分鐘；然后在60分鐘內升溫到780°C，保溫15分鐘；然后在60分鐘內升溫到900 V，保溫8分鐘；然后在200分鐘內降溫到600°C，保溫15分鐘； 然后在60分鐘內降溫到300°C，隨爐冷卻，低于150°C，開爐門；低于8OO出爐。采用此工藝，可確保釬焊CBN磨粒內部的殘余應力低至不影響釬焊磨粒強度與耐磨性的程度。使用本發(fā)明釬焊CBN磨粒制作的多個系列單層釬焊CBN磨具可用于航空航天、汽車等行業(yè)的多個關鍵零部件加工，例如航空發(fā)動機渦輪葉片榫齒、導向葉片櫞板、汽車發(fā)動機凸輪軸、變速器齒輪等。


圖I為無熱損傷立方氮化硼磨粒釬焊試樣示意圖。圖2為亞微米尺度TiC顆粒的掃描電鏡圖像。圖3為釬焊后結合劑層的背散射圖像，說明了 TiC顆粒與Ag-Cu-Ti合金的緊密結合狀態(tài)，兩者之間無裂縫。圖4為本發(fā)明獲得的釬焊立方氮化硼磨粒的掃描電鏡圖，說明釬焊磨粒表面無裂紋。圖5為傳統(tǒng)方法獲得的釬焊CBN磨粒的掃描電鏡圖，釬焊CBN磨粒內部會因殘余 應力過大而在表面產(chǎn)生微裂紋。
具體實施例方式在具體實施例與對比例中，采用的CBN磨粒的粒度均為80/100目。具體實施例詳見表I與表2 (注表中含量為重量百分比)。表I實施例I至3所采用原料的含量以及理化參數(shù)
-I^ 以Tic mn...........................................................................................................................................................
No.Ag-Cu-Ti 粉未—η 歌 --- —-|τ^|-—
:1:施例 I92%8%100ηπι-5μηι
實施例 2 —....................................................... 94%6%100ηηι-5μηι
= Ii W 3.........................j............................................................... 96%....................................................... 4%IOOnm-Spm_實施例I至3所采用的釬焊方法，是首先按比例取Ag-Cu-Ti合金粉末與TiC粉末機械混合；然后將混合粉末排布于磨具基體表面，粉末厚度為O. 5mm ;然后將CBN磨粒均勻排布于混合粉末之上，再將整個試樣放入真空加熱爐；然后將反應體系的溫度在60分鐘內升溫自室溫升溫到400°C，保溫15分鐘；然后在60分鐘內升溫到600°C，保溫15分鐘；然后在60分鐘內升溫到780 V，保溫15分鐘；然后在60分鐘內升溫到900°C，保溫8分鐘；然后在200分鐘內降溫到600°C，保溫15分鐘；然后在60分鐘內降溫到300°C，隨爐冷卻，低于150°C，開爐門；低于80°C出爐。表2列出實施例4至7采用實施例I的原料含量，但階梯升、降溫過程不同。表2實施例4至7所采用的階梯升、降溫過程參數(shù)
權利要求
1.用于立方氮化硼磨粒的無熱損傷活性釬焊材料，其特征在于，由以下原料組成Ag-Cu-Ti合金粉末92重量％-96重量％、TiC顆粒4重量％_8重量％ ;Ag-Cu_Ti合金粉末中Ag、Cu、Ti三種元素的重量百分比分別為66. 2%、25. 8%、8% ；TiC顆粒的粒徑介于.100nm-5μ m。
2.用于立方氮化硼磨粒的無熱損傷活性釬焊方法，其特征在于 首先將Ag-Cu-Ti合金粉末與TiC粉末機械混合； 然后將混合粉末排布于磨具基體表面，粉末厚度為O. 4"O. 6mm ； 然后將立方氮化硼磨粒均勻排布于混合粉末之上，再將整個試樣放入真空加熱爐； 然后將反應體系的溫度在55-65分鐘內自室溫升溫到380-420°C，保溫13-17分鐘； 然后在55-65分鐘內升溫到580-620°C，保溫13-17分鐘； 然后在55-65分鐘內升溫到760-800°C，保溫13-17分鐘； 然后在55-65分鐘內升溫到890-910 °C，保溫6_10分鐘； 然后在190-210分鐘內降溫到580-620 °C，保溫13-17分鐘； 然后在55-65分鐘內降溫到280-320 °C，隨爐冷卻，低于150 °C，開爐門；低于80 V出爐。
3.根據(jù)權利要求2所述的用于立方氮化硼磨粒的無熱損傷活性釬焊方法，其特征在于 首先將Ag-Cu-Ti合金粉末與TiC粉末機械混合； 然后將混合粉末排布于磨具基體表面，粉末厚度為O. 5mm ； 然后將CBN磨粒均勻排布于混合粉末之上，再將整個試樣放入真空加熱爐； 然后將反應體系的溫度在60分鐘內自室溫升溫到400°C，保溫15分鐘； 然后在60分鐘內升溫到600°C，保溫15分鐘； 然后在60分鐘內升溫到780°C，保溫15分鐘； 然后在60分鐘內升溫到900 0C，保溫8分鐘； 然后在200分鐘內降溫到600 0C，保溫15分鐘； 然后在60分鐘內降溫到300 0C，隨爐冷卻，低于150 °C,開爐門； 低于80 °C出爐。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于立方氮化硼磨粒的無熱損傷活性釬焊方法及所用釬焊材料，材料是由以下原料組成Ag-Cu-Ti合金粉末92重量%-96重量%、TiC顆粒4重量%-8重量%；Ag-Cu-Ti合金粉末中Ag、Cu、Ti三種元素的重量百分比分別為66.2%、25.8%、8%；TiC顆粒的粒徑介于100nm-5μm。釬焊方法是采用分段式升溫至最高加熱溫度890-910℃、保溫6-10分鐘。加入TiC顆粒，降低了釬焊CBN磨粒的殘余應力，解決了單純采用Ag-Cu-Ti合金釬焊CBN磨粒的熱損傷問題，提高所制作的單層釬焊CBN磨具的工具壽命和材料去除率、以及加工質量。該CBN磨具可用于航空航天、汽車等行業(yè)的關鍵零部件加工。
文檔編號B23K1/008GK102699565SQ201210161629
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月22日 優(yōu)先權日2012年5月22日
發(fā)明者丁文鋒, 傅玉燦, 徐九華, 楊長勇, 蘇宏華, 苗情 申請人:南京航空航天大學