預合金金剛石砂輪的研究進展（三）

 

    由于金剛石的熱穩定性差，800℃時就會發生石墨化轉變，所以較高的釬焊溫度勢必會造成金剛石的熱損傷而使金剛石強度下降；同時預合金中的有害元素會使金剛石腐蝕和石墨化，因此可在金剛石表面先鍍上一層活性金屬及其合金后再進行釬焊。

 

    超硬磨料的鍍覆技術主要有化學氣相沉積、離子鍍、熱蒸鍍、真空微蒸發鍍等。化學氣相沉積Cr、真空微蒸發鍍Ti等可有效改善金剛石的表面性能。在釬焊過程中，憑借鍍層的中介作用，除了更易實現金剛石與預合金間的強力冶金化學結合外，由于鍍層對熱空氣中氧的阻隔作用而使金剛石表面的碳原子與氧的反應速度大大降低，同時鍍層中的強碳化物形成元素與金剛石表面的碳原子反應生成碳化物，封閉了金剛石表面的懸鍵，增大了氧化反應的阻力，從而抑制了預合金中的Fe、Co、Ni等元素對金剛石的腐蝕和金剛石本身的石墨化過程，使釬焊后的磨料仍能保持原來的強度和晶型。

 

    釬焊時首先在鋼基體上預鍍覆一層Ni-P合金（熔點為880℃），然后將鍍膜金剛石排布在合金層上，在1050℃的氬氣中釬焊5min，再冷卻至室溫。磨削試驗表明，由于鍍膜金剛石與預合金良好的浸潤性，有效地避免了磨粒的脫落，大大改善了砂輪的磨削性能，實現了砂輪壽命和加工效率的大幅度提高。但應指出，由于鍍膜金剛石與預合金間存在著適應性問題，因此只有合適的預合金和工藝才能使鍍膜金剛石達到*佳的物理力學性能。

 

 

    國內外對單層高溫釬焊砂輪的研究雖已取得了較好的實驗結果，但其制造工藝還有待于進一步完善。目前存在問題主要表現為：一是采用何種釬料和釬焊工藝才能使金剛石結合界面上產生具有較高結合強度的化學冶金結合；二是預合金層適宜的厚度與均勻性的控制；三是磨料合理有序的排布。對于提高金剛石與釬料結合強度來說，其關鍵是釬焊過程中金剛石、釬料、金屬基體三者間能夠產生化學冶金結合，因此合金釬料中應含有強碳化物形成元素，（如Ti、Cr、V等），并爭取在較低的溫度下進行釬焊，盡量減小對金剛石的損傷。研制合理的釬料合金配方是開發單層釬焊砂輪應首先解決的問題。

 

    在工業化生產釬焊砂輪過程中，嚴格控制預合金層的厚度及均勻性十分必要。釬焊前應對金屬基體表面進行去氧化膜處理，對金剛石和釬料應去油去污。釬料中含有強碳化物形成元素并添加適量的B和Si可降低釬料熔點，提高釬料的流動性和浸潤性；采用粉狀釬料，在真空條件（或惰性氣體保護）下進行釬焊。釬焊前磨料的有序排布和釬料布料厚度的一致性對提高釬焊后預合金層厚度的均勻性亦十分重要。

 

    砂輪工作面上磨料的合理有序排布一直是磨具行業致力追求的目標，并有望在單層超硬磨料砂輪上實現。在開發釬焊砂輪的過程中，首先按照加工條件的要求，優化設計出砂輪的*佳地貌，然后根據優化結果排布磨料就有可能使開發出的釬焊砂輪的磨削性能達到更高水平。在模板上加工出孔徑與金剛石磨粒直徑相當、深度為金剛石高度70%的有規律排布的孔，按孔排布好金剛石，合金釬料熔化后的厚度約為金剛石高度的30%。這種利用孔模板來實現的釬焊工藝不僅可以保證磨粒的有序排布（等高性好），而且還可保證金剛石有70%的出露高度。但其在工業生產中的推廣應用尚需進一步研究。

 

    借鑒激光快速成型技術的SLS法，激光束在計算機控制下對預先隨機排布在砂輪表面預合金層上的磨粒按照給定的形貌要求進行掃描，有效控制激光強度、脈沖周期和光斑直徑，保證一定的焊接溫度和時間，這樣被激光掃描到的磨粒就會按照形貌要求有序地釬焊到砂輪基體上，在去掉未被激光掃描到的磨粒后就得到了磨粒有序排布的單層釬焊砂輪。

 

    借鑒熔融堆積FDM法或三維打印3DP法，采用噴頭在計算機控制下將磨粒和粘接劑的混合物按照砂輪形貌要求噴灑在基底上，或采用靜電植砂法將磨料吸附在已涂膠的基底上，烘干后將釬料粉均勻布置于磨粒間再進行釬焊。采用靜電植砂法，由于靜電作用使磨粒尖端朝上，因此切削性能強，等高性好。

 

    雖然單層高溫釬焊超硬磨料砂輪目前在制造工藝上還不完善，國內外許多學者正在積極進行研究，但其卓越的磨削性能已引起國內外磨削界工程技術人員的高度重視，今后逐步替代傳統砂輪將是無法抗拒的必然趨勢。