機(jī)械類職稱論文超硬磨料釬焊技術(shù)的研究

　　摘 要：超硬磨料釬焊工具已經(jīng)成為現(xiàn)代磨削技術(shù)發(fā)展的需要，甚至成為解決某些重要零件加工難題的關(guān)鍵技術(shù)。該文從釬焊機(jī)理、釬焊的優(yōu)勢(shì)以及釬焊技術(shù)應(yīng)用等方面進(jìn)行了深入地分析。

　　關(guān)鍵詞：釬焊工具 超硬磨料 釬焊工藝 金剛石 CBN

　　目前超硬磨料工具包括金剛石工具和立方氮化硼(CBN)工具，可以加工陶瓷、高溫合金等難加工材料，但是超硬磨料工具的損耗十分嚴(yán)重，主要是因?yàn)樵诩庸み^(guò)程中超硬磨料容易從工具表面早期脫落。為了解決磨粒早期脫落，就需要提高磨粒的有效固結(jié)強(qiáng)度或把持能力，超硬磨料釬焊技術(shù)正是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)。

　　1 釬焊機(jī)理的研究

　　磨粒的脫落主要是與結(jié)合劑對(duì)磨粒的把持能力有關(guān)，傳統(tǒng)金剛石砂輪是由鎳基電鍍層或燒結(jié)金屬結(jié)合劑把持磨粒，對(duì)磨粒的把持基本依靠機(jī)械式的包埋，力量非常弱，磨削過(guò)程中磨粒受到較強(qiáng)的沖擊力時(shí)很容易被剝離出結(jié)合劑。而且傳統(tǒng)金剛石砂輪，磨粒的排布隨機(jī)性很強(qiáng)，磨粒的聚集會(huì)造成磨粒間距疏密不均，這樣會(huì)造成聚集區(qū)域磨粒冗余性大，非聚集區(qū)域磨粒常常因過(guò)載而形成碎裂和脫落。

　　傳統(tǒng)金屬結(jié)合劑金剛石砂輪之所以沒(méi)有形成牢固而有效的磨粒把持，就是因?yàn)榻饎偸哂辛己玫幕瘜W(xué)惰性，其可焊性非常差，對(duì)大多數(shù)金屬基本上不浸潤(rùn)，金剛石真正的表面金屬化就非常困難。然而可以找到某些對(duì)金剛石浸潤(rùn)的液態(tài)金屬[1]，并在這種浸潤(rùn)金屬液體中加入少量的活性合金元素，使其在一定的溫度條件下可以和金剛石產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成新的梯度材料，這樣就牢固地將金剛石牢固固結(jié)在砂輪表面上，因此，磨粒就不會(huì)在磨削過(guò)程中出現(xiàn)脫落。

　　目前使用最多的金剛石釬料有3種，一種是Ni-Cr;一種是Ag-Cu-Ti;一種是Cu-Sn-Ti。Ni-Cr釬料釬焊技術(shù)的研究最早，因?yàn)槠淙廴跍囟瘸^(guò)1000oC，在高溫下釬料與金剛石的反應(yīng)強(qiáng)烈[2]，磨削實(shí)驗(yàn)證明釬焊牢固可靠。但是它釬焊的溫度太高了，在這么高的溫度環(huán)境下還有Ni等觸媒元素的作用，金剛石容易形成表面的石墨化[3]，石墨的剪切強(qiáng)度非常低，這樣會(huì)造成釬焊效果的不穩(wěn)定。Ag-Cu-Ti釬料的研究較多[4]，因?yàn)锳g-Cu-Ti合金能夠在金剛石表面良好鋪展，其釬焊溫度一般在800℃～900℃，所以金剛石的石墨化相對(duì)較低，而且隨著溫度的升高，其界面反應(yīng)更加強(qiáng)烈，釬焊的可靠性會(huì)大大增加。Cu-Sn-Ti釬料因?yàn)槠涑杀镜牡土鴤涫苎芯空叩淖⒛浚褻u-Sn-Ti釬料有較高的強(qiáng)度和較好的抗腐蝕性能，但是Cu-Sn-Ti釬料的釬焊機(jī)理非常復(fù)雜，Cu-Sn-Ti對(duì)于生成的外延TiC層厚度非常敏感，這可能是由于界面應(yīng)力環(huán)境的變化造成的。

　　金剛石砂輪只能用于有色金屬和脆性材料的加工，而對(duì)于那些需要大去除率的黑色金屬則需要選用CBN砂輪，論文答辯CBN砂輪釬焊技術(shù)的研究也變得越來(lái)越多[5]。CBN超硬材料也具有典型的化學(xué)惰性，其可焊性比金剛石更差。但運(yùn)用適當(dāng)?shù)拟F料和釬焊工藝還是可以實(shí)現(xiàn)CBN與釬料的化學(xué)冶金結(jié)合。CBN的釬焊多用Ag-Cu-Ti釬料和Cu-Sn-Ti釬料，釬料中的活躍元素Ti與CBN中首先容易擴(kuò)散遷移的N元素形成間隙化合物，隨著反應(yīng)的進(jìn)行Ti元素逐漸向CBN表面富集，形成了CBN界面的梯度復(fù)合材料，實(shí)現(xiàn)了CBN的牢固固結(jié)。

　　綜上所述，釬焊超硬磨料砂輪解決了磨粒可靠固結(jié)的問(wèn)題，釬焊超硬磨料砂輪的實(shí)驗(yàn)表明磨粒在磨削過(guò)程中不出現(xiàn)脫落。釬焊超硬磨料砂輪可以應(yīng)用于強(qiáng)力磨削，高效深切磨削，高速磨削等先進(jìn)的磨削技術(shù)領(lǐng)域，完全適應(yīng)了現(xiàn)代磨削技術(shù)的發(fā)展。