机械类职称论文超硬磨料钎焊技术的研究

　　摘 要：超硬磨料钎焊工具已经成为现代磨削技术发展的需要，甚至成为解决某些重要零件加工难题的关键技术。该文从钎焊机理、钎焊的优势以及钎焊技术应用等方面进行了深入地分析。

　　关键词：钎焊工具 超硬磨料 钎焊工艺 金刚石 CBN

　　目前超硬磨料工具包括金刚石工具和立方氮化硼(CBN)工具，可以加工陶瓷、高温合金等难加工材料，但是超硬磨料工具的损耗十分严重，主要是因为在加工过程中超硬磨料容易从工具表面早期脱落。为了解决磨粒早期脱落，就需要提高磨粒的有效固结强度或把持能力，超硬磨料钎焊技术正是解决这一问题的关键技术。

　　1 钎焊机理的研究

　　磨粒的脱落主要是与结合剂对磨粒的把持能力有关，传统金刚石砂轮是由镍基电镀层或烧结金属结合剂把持磨粒，对磨粒的把持基本依靠机械式的包埋，力量非常弱，磨削过程中磨粒受到较强的冲击力时很容易被剥离出结合剂。而且传统金刚石砂轮，磨粒的排布随机性很强，磨粒的聚集会造成磨粒间距疏密不均，这样会造成聚集区域磨粒冗余性大，非聚集区域磨粒常常因过载而形成碎裂和脱落。

　　传统金属结合剂金刚石砂轮之所以没有形成牢固而有效的磨粒把持，就是因为金刚石具有良好的化学惰性，其可焊性非常差，对大多数金属基本上不浸润，金刚石真正的表面金属化就非常困难。然而可以找到某些对金刚石浸润的液态金属[1]，并在这种浸润金属液体中加入少量的活性合金元素，使其在一定的温度条件下可以和金刚石产生化学反应，生成新的梯度材料，这样就牢固地将金刚石牢固固结在砂轮表面上，因此，磨粒就不会在磨削过程中出现脱落。

　　目前使用最多的金刚石钎料有3种，一种是Ni-Cr;一种是Ag-Cu-Ti;一种是Cu-Sn-Ti。Ni-Cr钎料钎焊技术的研究最早，因为其熔融温度超过1000oC，在高温下钎料与金刚石的反应强烈[2]，磨削实验证明钎焊牢固可靠。但是它钎焊的温度太高了，在这么高的温度环境下还有Ni等触媒元素的作用，金刚石容易形成表面的石墨化[3]，石墨的剪切强度非常低，这样会造成钎焊效果的不稳定。Ag-Cu-Ti钎料的研究较多[4]，因为Ag-Cu-Ti合金能够在金刚石表面良好铺展，其钎焊温度一般在800℃～900℃，所以金刚石的石墨化相对较低，而且随着温度的升高，其界面反应更加强烈，钎焊的可靠性会大大增加。Cu-Sn-Ti钎料因为其成本的低廉而备受研究者的注目，而且Cu-Sn-Ti钎料有较高的强度和较好的抗腐蚀性能，但是Cu-Sn-Ti钎料的钎焊机理非常复杂，Cu-Sn-Ti对于生成的外延TiC层厚度非常敏感，这可能是由于界面应力环境的变化造成的。

　　金刚石砂轮只能用于有色金属和脆性材料的加工，而对于那些需要大去除率的黑色金属则需要选用CBN砂轮，论文答辩CBN砂轮钎焊技术的研究也变得越来越多[5]。CBN超硬材料也具有典型的化学惰性，其可焊性比金刚石更差。但运用适当的钎料和钎焊工艺还是可以实现CBN与钎料的化学冶金结合。CBN的钎焊多用Ag-Cu-Ti钎料和Cu-Sn-Ti钎料，钎料中的活跃元素Ti与CBN中首先容易扩散迁移的N元素形成间隙化合物，随着反应的进行Ti元素逐渐向CBN表面富集，形成了CBN界面的梯度复合材料，实现了CBN的牢固固结。

　　综上所述，钎焊超硬磨料砂轮解决了磨粒可靠固结的问题，钎焊超硬磨料砂轮的实验表明磨粒在磨削过程中不出现脱落。钎焊超硬磨料砂轮可以应用于强力磨削，高效深切磨削，高速磨削等先进的磨削技术领域，完全适应了现代磨削技术的发展。