目前,用釬焊法制作金剛石(或立方氮化硼)工具已開始成為熱點技術(shù),但僅局限于單層工具,對于多層實現(xiàn)“孕鑲”尚未見有成果發(fā)表。國外的釬焊技術(shù)研究始于20世紀80年代后期,但由于工作復(fù)雜至今仍停留在實驗階段,其應(yīng)用也僅局限于單層工具;國內(nèi)的高溫釬焊技術(shù)研究起步較晚,與發(fā)達相比,研究的廣度和深度遠遠不夠,因而目前進展十分緩慢,但隨著我國加入WTO,研究的步伐必然逐漸加速。
?。?)國外高溫釬焊金剛石工具的研究狀況
瑞士AKChattopadhyay等用火焰噴鍍法(氧—乙炔焊槍)把釬料合金(72%Ni,14.4%Cr,3.5%Fe,3.5%Si,3.35%B,0.5%O2)鍍于工具鋼基體上,并將金剛石(不包衣)布排于焊料層面上,然后在1080℃、氬氣保護下感應(yīng)釬焊30秒來實現(xiàn)金剛石與鋼基體結(jié)合。釬料合金中的Cr作為一種強碳化物元素,在釬焊過程中向金剛石表面富集而實現(xiàn)金剛石的表面金屬化。
Wiand等在美國上介紹的方法是:焊料(Ni-Cr)金屬粉加有機粘結(jié)劑制成釬焊漆,把包衣金剛石粘在工具鋼基體上,然后涂附釬焊漆,再加熱到一個適中的溫度并保溫一定時間以排除揮發(fā)物質(zhì)。在真空爐(真空度1.333×10-2Pa)或干式氫氣爐中加熱到1100℃左右,保溫1小時,釬焊的同時完成金剛石的表面金屬化。
一些中也同樣采用Ni-Cr合金釬料實現(xiàn)了釬焊,釬料中還包括Fe、B元素或Si、Mo等。例如,在文獻[14]中采用含Si或Si和Ti的Ni-Cr合金釬料在真空爐中實現(xiàn)釬焊,釬焊溫度為1126~1176℃;文獻[15]采用Cu基含W、Fe、Cr、B、Si等釬料釬焊金剛石砂輪;文獻[16]用Ag-Mn-Zr銀基釬料來釬焊金剛石工具,從而替代電鍍工具。
德國的ATrenker等在釬焊過程中分別采用了鎳基活性釬料和鎳基釬料來實現(xiàn)金剛石與基體的結(jié)合。由與電鍍工具的對比圖可以看出,高溫釬焊金剛石工具的性能比電鍍金剛石工具優(yōu)異得多,釬焊工具(使用活性釬料和PDA989、PDA665金剛石)起始磨削性能是電鍍工具(鎳基釬料和PDA665金剛石)的3.5倍以上,壽命是電鍍工具的3倍以上;由于釬焊工具有較大的容屑空間,金剛石磨粒有較大的自由切削面且磨粒間空間較多,使切屑很容易被排除,所以釬焊金剛石工具的磨削性能好。
?。?)國內(nèi)高溫釬焊金剛石工具的研究狀況
四軍醫(yī)大學(xué)和西安交通大學(xué)在國內(nèi)外釬焊金剛石研究的基礎(chǔ)上,采用真空爐(真空度為0.2Pa)內(nèi)高溫釬焊的方法,以NiCr13P9合金為釬料,配以少量Cr粉,在高溫(950℃)加壓(4.9MPa)的條件下進行釬焊,從而實現(xiàn)了金剛石與鋼基體間的牢固結(jié)合。釬料均勻分布于砂輪表面,金剛石已被牢固釬焊,觸摸砂輪表面感覺相當(dāng)銳利粗糙。釬料在金剛石磨粒間分布均勻,金剛石出刃高度高。其耐用度較電鍍砂輪有了明顯提高,工作后僅有少量金剛石脫落。
南京航空航天大學(xué)的肖冰等利用高頻感應(yīng)釬焊的方法,用Ag-Cu合金和Cr粉共同作中間層材料,在空氣中感應(yīng)釬焊35秒,釬焊溫度780℃,實現(xiàn)了金剛石與鋼基體間的牢固結(jié)合。姚正軍等利用在Ar氣保護爐中感應(yīng)釬焊的方法,用Ni-Cr合金粉末做釬料,真空感應(yīng)釬焊30秒,釬焊溫度1050℃,實現(xiàn)了金剛石與鋼基體的牢固連接。利用掃描電鏡和X射線能譜儀,結(jié)合X射線衍射結(jié)構(gòu)分析,發(fā)現(xiàn)在釬焊過程中Cr元素金剛石界面形成富Cr層并與金剛石表面的C元素反應(yīng)生成Cr3C2和Cr7C3,這是實現(xiàn)合金層與金剛石有較高結(jié)合強度的主要因素。磨削實驗采用大切深、緩進給、重負荷進行,從砂輪磨削后的表面形貌來看,沒有金剛石整顆脫落,金剛石磨粒屬正常磨損,說明金剛石有較高的把持強度,適合于磨削加工。
臺灣砂輪公司(KNIK.Inc)推出單層均布金剛石高溫釬焊串珠,在不降低其壽命的條件下,金剛石用量減少50%,切割速度提高2倍。