金属结合剂金刚石砂轮的研究进展（三）

魔神

    

　　2)单层高温钎焊镀膜金刚石砂轮

　　由于金刚石的热稳定性差，800℃时就会发生石墨化转变，所以较高的钎焊温度势必会造成金刚石的热损伤而使金刚石强度下降；同时结合剂中的有害元素会使金刚石腐蚀和石墨化，因此可在金刚石表面先镀上一层活性金属及其合金后再进行钎焊。

　　超硬磨料的镀覆技术主要有化学气相沉积、离子镀、热蒸镀、真空微蒸发镀等。化学气相沉积Cr、真空微蒸发镀Ti等可有效改善金刚石的表面性能。在钎焊过程中，凭借镀层的中介作用，除了更易实现金刚石与结合剂间的强力冶金化学结合外，由于镀层对热空气中氧的阻隔作用而使金刚石表面的碳原子与氧的反应速度大大降低，同时镀层中的强碳化物形成元素与金刚石表面的碳原子反应生成碳化物，封闭了金刚石表面的悬键，增大了氧化反应的阻力，从而抑制了结合剂中的Fe、Co、Ni等元素对金刚石的腐蚀和金刚石本身的石墨化过程，使钎焊后的磨料仍能保持原来的强度和晶型。

　　钎焊时首先在钢基体上预镀覆一层Ni-P合金(熔点为880℃)，然后将镀膜金刚石排布在合金层上，在1050℃的氩气中钎焊5min，再冷却至室温。磨削试验表明，由于镀膜金刚石与结合剂良好的浸润性，有效地避免了磨粒的脱落，大大改善了砂轮的磨削性能，实现了砂轮寿命和加工效率的大幅度提高。但应指出，由于镀膜金刚石与结合剂间存在着适应性问题，因此只有合适的结合剂和工艺才能使镀膜金刚石达到最佳的物理力学性能。

　　3)单层高温钎焊砂轮存在的问题及应对措施

　　国内外对单层高温钎焊砂轮的研究虽已取得了较好的实验结果，但其制造工艺还有待于进一步完善。目前存在问题主要表现为：一是采用何种钎料和钎焊工艺才能使金刚石结合界面上产生具有较高结合强度的化学冶金结合；二是结合剂层适宜的厚度与均匀性的控制；三是磨料合理有序的排布。对于提高金刚石与钎料结合强度来说，其关键是钎焊过程中金刚石、钎料、金属基体三者间能够产生化学冶金结合，因此合金钎料中应含有强碳化物形成元素，(如Ti、Cr、V等)，并争取在较低的温度下进行钎焊，尽量减小对金刚石的损伤。研制合理的钎料合金配方是开发单层钎焊砂轮应首先解决的问题。

　　在工业化生产钎焊砂轮过程中，严格控制结合剂层的厚度及均匀性十分必要。钎焊前应对金属基体表面进行去氧化膜处理，对金刚石和钎料应去油去污。钎料中含有强碳化物形成元素并添加适量的B和Si可降低钎料熔点，提高钎料的流动性和浸润性；采用粉状钎料，在真空条件(或惰性气体保护)下进行钎焊。钎焊前磨料的有序排布和钎料布料厚度的一致性对提高钎焊后结合剂层厚度的均匀性亦十分重要。

　　砂轮工作面上磨料的合理有序排布一直是磨具行业致力追求的目标，并有望在单层超硬磨料砂轮上实现。在开发钎焊砂轮的过程中，首先按照加工条件的要求，优化设计出砂轮的最佳地貌，然后根据优化结果排布磨料就有可能使开发出的钎焊砂轮的磨削性能达到更高水平。在模板上加工出孔径与金刚石磨粒直径相当、深度为金刚石高度70%的有规律排布的孔，按孔排布好金刚石，合金钎料熔化后的厚度约为金刚石高度的30%。这种利用孔模板来实现的钎焊工艺不仅可以保证磨粒的有序排布(等高性好)，而且还可保证金刚石有70%的出露高度。但其在工业生产中的推广应用尚需进一步研究。

　　借鉴激光快速成型技术的SLS法，激光束在计算机控制下对预先随机排布在砂轮表面结合剂层上的磨粒按照给定的形貌要求进行扫描，有效控制激光强度、脉冲周期和光斑直径，保证一定的焊接温度和时间，这样被激光扫描到的磨粒就会按照形貌要求有序地钎焊到砂轮基体上，在去掉未被激光扫描到的磨粒后就得到了磨粒有序排布的单层钎焊砂轮。

　　借鉴熔融堆积FDM法或三维打印3DP法，采用喷头在计算机控制下将磨粒和粘接剂的混合物按照砂轮形貌要求喷洒在基底上，或采用静电植砂法将磨料吸附在已涂胶的基底上，烘干后将钎料粉均匀布置于磨粒间再进行钎焊。采用静电植砂法，由于静电作用使磨粒尖端朝上，因此切削性能强，等高性好。

　　虽然单层高温钎焊超硬磨料砂轮目前在制造工艺上还不完善，国内外许多学者正在积极进行研究，但其卓越的磨削性能已引起国内外磨削界工程技术人员的高度重视，今后逐步替代传统砂轮将是无法抗拒的必然趋势。