本發明屬于超硬磨料工具制作領域，具體涉及一種新型釬料釬焊單層金剛石砂輪的制作方法。
背景技術：
隨著科技的發展，大量硬脆材料以及各種復合材料因具有高強度、高硬度、高耐磨性等優點而被廣泛應用于各個領域，但其難加工的特性對加工工具提出了更高的要求，采用金剛石的工具進行磨削加工是非常重要的一類加工方法。金剛石磨料因其具有高硬度、高耐磨性、高導熱性等優異的機械性能而被廣泛應用于制作超硬磨料工具。目前，在金剛石工具制作領域，釬焊技術可實現金剛石、結合劑和金屬基體界面間良好的化學冶金結合，而被廣泛應用。金剛石工具對釬料具有很高的工藝要求：①釬料對金剛石和基體具有良好的潤濕性；②釬料應避免與金剛石過度反應；③釬料與金剛石熱膨脹系數應較為接近，減少焊接殘余應力；④適中的強度、硬度、耐磨性，可以實現金剛石磨粒的實時出露和減小殘余應力。目前大部分釬料以ni基和cu基為主，ni基釬料中較高的ni含量會促使金剛石石墨化及造成金剛石的過度溶解，另外ni-cr-b-si通常是一種硬面合金，其良好的耐磨性易導致金剛石磨粒難以實時出露，而銅基釬料中的cu不是觸媒，因此不會促使金剛石石墨化，而且cu幾乎不溶解金剛石，但其硬度較低，使得該釬料耐磨性較差，常會導致釬料層磨損過度使金剛石磨粒脫落。高熵合金是一種以多種組元為基的合金，其微觀組織大多為固溶體，由于具有多種元素的固溶強化，其硬度、強度較高，而固溶體具有較高的韌性，在含有一定的活性元素后適于釬焊金剛石。
本發明采用ni-cr-b-si、cu粉、ti粉、sn粉、mn粉混合制成的高熵合金粉末作為釬料，釬料成分調控容易，成本低。該釬料在釬焊后表現出適中的硬度，可以使金剛石在砂輪使用過程中始終保持良好的出露高度，有利于提高工具的使用壽命。該多主元高熵合金在釬焊后形成固溶體，并通過添加活性元素cr、ti來提高釬料對金剛石的潤濕性，使得釬料、金剛石、鋼基體獲得很強的結合力，釬料對金剛石把持力高。sn、mn元素的添加能夠使釬料的熔點下降，使其適于釬焊金剛石，高熵合金的釬料層具有良好的韌性、塑性，降低釬焊殘余應力，延長使用壽命。
技術實現要素：
本發明的目的是在提高釬料對金剛石磨料的把持強度的同時，釬料具有較好的韌性和強度，使單層金剛石砂輪適于對硬脆材料的高效加工。因金剛石磨料的難以潤濕，選擇含ti、cr的高熵合金作為釬料對金剛石進行釬焊，該釬料含有一定的活性元素ti、cr，不僅可以與金剛石進行界面反應，促進釬料對金剛石磨粒的潤濕性，提高磨粒的把持強度，而且高熵合金由于多組元使其協同擴散導致有效擴散較慢，能夠使金剛石與釬料的界面反應適中，另外，大多數含sn、ti的釬料會形成較多的化合物，使釬料變脆，但本發明的高熵合金避免了釬料脆性的缺點。采用了ni-cr-b-si和sn降低了釬料的熔點，而焊后形成固溶體的高熵合金釬料層，具有硬度、耐磨性適中的特點。
1.一種感應加熱釬焊單層金剛石砂輪的制作方法包括下述工藝步驟：
步驟一、利用機械加工的方法制備金剛石砂輪基體，其中砂輪基體直徑在350mm~800mm之間。
步驟二、采用ni-cr-b-si、cu、ti、sn、mn金屬粉經球磨混合制成的粉末做為釬焊金剛石砂輪的釬料，所述的ni-cr-b-si、cu、ti、sn、mn金屬粉的質量百分比為：25~30：15~20：10~15：20~25：10~25；其中ni-cr-b-si中各種元素質量比組成為：c為0.6~1.2%，cr為17~21%，b為2.5~4.5%，si為3-4.5%，ni為70~77%。具體的球磨工藝為：采用鋼制球磨罐進行球磨混合，其中的磨球與金屬粉質量比為3~3.5∶1，密封后打開真空閥抽真空20~30分鐘，將球磨罐放入行星式球磨機，轉速為300~350r/min，倒向頻率30~45hz，進行球磨混料時間為60~80分鐘。
步驟三、將金屬粉與壓敏膠按1∶2.3~2.8的質量比例混合制成釬料漿液；
步驟四、將釬料漿液與金剛石磨粒按比例混合均勻涂覆固定在砂輪基體表面；其中金剛石磨粒的粒度為120~450μm，涂覆的釬料漿液厚度為金剛石磨粒平均粒徑的95-125％。
步驟五、按底層為金剛石砂輪基體、中層為釬料漿液、上層為金剛石磨粒的順序制作工具成型毛坯；
步驟六、采用感應加熱的方式對成型毛坯進行加熱釬焊，感應加熱設備輸出頻率700~800khz，功率為1.5~2kw。釬焊溫度為1000℃~1050℃。
具體實施方案
實施例1
1.一種感應加熱釬焊單層金剛石砂輪的制作方法包括下述工藝步驟：
步驟一、選擇45鋼作為砂輪基體，利用機械加工的方法制備金剛石砂輪基體，其中砂輪基體直徑在500mm。
步驟二、采用ni-cr-b-si、cu、ti、sn、mn金屬粉經球磨混合制成的粉末做為釬焊金剛石砂輪的釬料，所述的ni-cr-b-si、cu、ti、sn、mn金屬粉的質量百分比為25：20：15：20：20；其中ni-cr-b-si的化學成分c為1%，cr為18%，b為4%，si為4%，ni為73%。球磨工藝為：采用鋼制球磨罐進行球磨混合，其中的磨球與金屬粉質量比為3.2∶1，密封后打開真空閥抽真空30分鐘，將球磨罐放入行星式球磨機，轉速為300r/min，倒向頻率42hz，進行球磨混料時間為80分鐘。
步驟三、將金屬粉與壓敏膠按1∶2.5的質量比例混合制成釬料漿液；
步驟四、將釬料漿液與金剛石磨粒按比例混合均勻涂覆固定在砂輪基體表面；其中金剛石磨粒的粒度為260~300μm，涂覆的釬料漿液厚度為金剛石磨粒平均粒徑的100％。
步驟五、按底層為金剛石砂輪基體、中層為釬料漿液、上層為金剛石磨粒的順序制作工具成型毛坯；
步驟六、采用感應加熱的方式對成型毛坯進行加熱釬焊，感應加熱設備輸出頻率750khz，功率為1.75kw。釬焊溫度為1040℃。
該金剛石釬焊工藝能夠在界面處形成主要為一薄層較致密的cr3c2、tic復合碳化物，對金剛石熱損傷較小，而在釬料中形成了少量cr7c3增強的高熵合金，具有釬料韌性較好，金剛石把持強度較高的特點，適于加工硬脆的花崗巖等材料。
實施例2
1.一種感應加熱釬焊單層金剛石砂輪的制作方法包括下述工藝步驟：
步驟一、選擇65mn鋼作為砂輪基體，利用機械加工的方法制備金剛石砂輪基體，其中砂輪基體直徑為600mm。
步驟二、采用ni-cr-b-si、cu、ti、sn、mn金屬粉經球磨混合制成的粉末做為釬焊金剛石砂輪的釬料，所述的ni-cr-b-si、cu、ti、sn、mn金屬粉的質量百分比為26：17：14：23：20；其中ni-cr-b-si的化學成分c為0.8%，cr為21%，b為4%，si為3.2%，ni為71%。球磨工藝為：采用鋼制球磨罐進行球磨混合，其中的磨球與金屬粉質量比為3∶1，密封后打開真空閥抽真空25分鐘，將球磨罐放入行星式球磨機，轉速為300r/min，倒向頻率42hz，進行球磨混料時間為65分鐘。
步驟三、將金屬粉與壓敏膠按1∶2.6的質量比例混合制成釬料漿液；
步驟四、將釬料漿液與金剛石磨粒按比例混合均勻涂覆固定在砂輪基體表面；其中金剛石磨粒的粒度為280~320μm，涂覆的釬料漿液厚度為金剛石磨粒平均粒徑的100％。
步驟五、按底層為金剛石砂輪基體、中層為釬料漿液、上層為金剛石磨粒的順序制作工具成型毛坯；
步驟六、采用感應加熱的方式對成型毛坯進行加熱釬焊，感應加熱設備輸出頻率750khz，功率為1.8kw。釬焊溫度為1050℃。
該金剛石釬焊工藝能夠在界面處形成主要為cr3c2的碳化物，在釬料中形成了少量cr7c3增強的高熵合金，具有釬料韌性較好，金剛石把持強度較高的特點。
實施例3
1.一種感應加熱釬焊單層金剛石砂輪的制作方法包括下述工藝步驟：
步驟一、選擇q235鋼作為砂輪基體，利用機械加工的方法制備金剛石砂輪基體，其中砂輪基體直徑在700mm。
步驟二、采用ni-cr-b-si、cu、ti、sn、mn金屬粉經球磨混合制成的粉末做為釬焊金剛石砂輪的釬料，所述的ni-cr-b-si、cu、ti、sn、mn金屬粉的質量百分比為25：15：15：25：20；其中ni-cr-b-si的化學成分c為0.9%，cr為18%，b為3.5%，si為4.5%，ni為73.1%。具體的球磨工藝為：采用鋼制球磨罐進行球磨混合，其中的磨球與金屬粉質量比為3.5∶1，密封后打開真空閥抽真空20分鐘，將球磨罐放入行星式球磨機，轉速為350r/min，倒向頻率30hz，進行球磨混料時間為70分鐘。
步驟三、將金屬粉與壓敏膠按1∶2.6的質量比例混合制成釬料漿液；
步驟四、將釬料漿液與金剛石磨粒按比例混合均勻涂覆固定在砂輪基體表面；其中金剛石磨粒的粒度為120~450μm，涂覆的釬料漿液厚度為金剛石磨粒平均粒徑的95％。
步驟五、按底層為金剛石砂輪基體、中層為釬料漿液、上層為金剛石磨粒的順序制作工具成型毛坯；
步驟六、采用感應加熱的方式對成型毛坯進行加熱釬焊，感應加熱設備輸出頻率700khz，功率為2kw。釬焊溫度為1020℃。
該金剛石釬焊工藝能夠在界面處形成主要為一薄層cr3c2的碳化物，對金剛石熱損傷較小，而在釬料中形成了少量cr7c3增強的高熵合金，具有釬料韌性較好，金剛石把持強度較高的特點，適于加工硬脆的花崗巖等材料。