钎焊技术在金刚石工具生产中的应用（三）
<p> 南京航空航天大学的肖冰等利用高频感应钎焊的方法，用Ag-Cu合金和Cr粉共同作中间层材料，在空气中感应钎焊35秒，钎焊温度780℃，实现了金刚石与钢基体间的牢固结合。姚正军等利用在Ar气保护炉中感应钎焊的方法，用Ni-Cr合金粉末做钎料，真空感应钎焊30秒，钎焊温度1050℃，实现了金刚石与钢基体的牢固连接。利用扫描电镜和X射线能谱仪，结合X射线衍射结构分析，发现在钎焊过程中Cr元素金刚石界面形成富Cr层并与金刚石表面的C元素反应生成Cr3C2和Cr7C3，这是实现合金层与金刚石有较高结合强度的主要因素。磨削实验采用大切深、缓进给、重负荷进行，从砂轮磨削后的表面形貌来看，没有金刚石整颗脱落，金刚石磨粒属正常磨损，说明金刚石有较高的把持强度，适合于高效磨削加工。</p><p> 台湾中国砂轮公司(KNIK.Inc)推出单层均布金刚石高温钎焊串珠，在不降低其寿命的条件下，金刚石用量减少50%，切割速度提高2倍。</p><p> 作者所在课题组在国内外研究的基础上，采用Ni82CrBSi合金片状钎料，金刚石均匀排布在钎料片上，在低真空热压烧结炉中实现钎焊，对钎焊金刚石工具进行了初步研究，并且探索如何将钎焊这一技术用于孕镶工具中。从优化金刚石在胎体中的排布方式、金刚石粒度、浓度等静态结构参数及有效金刚石数量、金刚石间距等动态参数出发，实现单层金刚石在横向平面的有序排布，再通过叠层法在纵向呈错落排布，实现工作层中金刚石具备连续工作能力。为检验胎体对金刚石的包镶能力，特制作一只表镶金刚石钻头，进行5次开刃实验，并测得其最大平均出刃值。通过对钎焊单层工具金刚石出刃高度的测试(金刚石为45/50目)，发现了其最大出刃值可达到70%以上，可以看出，钎焊技术可使金刚石与胎体的结合强度大大提高。对金刚石钻头(φ63mm)进行钢筋混凝土钻进模拟实验的结果表明，钻头在钻齿磨损近2mm时仍能继续工作，从理论上讲已经有两层金刚石参与了工作，这似乎说明了可以实现“孕镶”，具体的应用工艺仍在进一步研究之中。</p><p> 3.钎焊技术在金刚石工具应用中存在的问题</p><p> 金刚石钎焊时存在着许多急需解决的难点：①要求钎料对金刚石和胎体有良好浸润性和结合强度；②钎焊材料及钎焊工艺的选择要保证金刚石的稳定性，以减少或避免钎料对金刚石的侵蚀；③由于金刚石和金属基体的热膨胀系数差异较大，因而焊接残余应力也较大，降低接头的强度；④钎料的熔点要高于金刚石工具的工作温度，所以应寻找熔点较低并与金刚石膨胀系数接近的金属(合金)材料作为钎料，再考虑加入某些活性元素以改善对金刚石的浸润性和亲和性，达到既能粘结金刚石又能满足胎体机械性能的目的。此外，金刚石表面金属化的实现方式、表面金属与钎料的匹配和选择、钎剂和气体介质的选择等关键技术还需进一步成熟和优化。</p><p> 金刚石工具的使用效率与寿命除取决于金刚石磨粒被镶嵌的牢固程度外，还与胎体的耐磨性有关。胎体本身强度的高低、金刚石在胎体中的分布状态、金刚石的浓度等都会对胎体的耐磨性产生影响，所以，如何使胎体达到理想的状态也是今后工作中值得注意的问题。</p><p> 4.结语</p><p> 钎焊技术可实现金刚石、结合剂(钎焊合金材料)和金属基体界面化学冶金结合，具有较高的结合强度。由于界面上的结合强度高，所以仅需很薄的结合剂厚度就足以牢固地把持住磨粒，其裸露高度可达70%～80%，使磨料的利用更加充分，大大提高了工具的寿命和加工效率。与传统技术相比，金刚石工具的允许最大出刃值可增加50%以上，在工具的功耗不增或有所降低的条件下，单位体积上工件材料的金刚石耗量减少一半以上。与电镀工具相比，也显示了无可比拟的优势。总之，钎焊技术在金刚石工具制造过程中有着很好的发展前景，应尽快使这一技术实现产业化。</p>
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