機械類職稱論文超硬磨料釬焊技術的研究

　　摘 要：超硬磨料釬焊工具已經成為現代磨削技術發展的需要，甚至成為解決某些重要零件加工難題的關鍵技術。該文從釬焊機理、釬焊的優勢以及釬焊技術應用等方面進行了深入地分析。

　　關鍵詞：釬焊工具 超硬磨料 釬焊工藝 金剛石 CBN

　　目前超硬磨料工具包括金剛石工具和立方氮化硼(CBN)工具，可以加工陶瓷、高溫合金等難加工材料，但是超硬磨料工具的損耗十分嚴重，主要是因為在加工過程中超硬磨料容易從工具表面早期脫落。為了解決磨粒早期脫落，就需要提高磨粒的有效固結強度或把持能力，超硬磨料釬焊技術正是解決這一問題的關鍵技術。

　　1 釬焊機理的研究

　　磨粒的脫落主要是與結合劑對磨粒的把持能力有關，傳統金剛石砂輪是由鎳基電鍍層或燒結金屬結合劑把持磨粒，對磨粒的把持基本依靠機械式的包埋，力量非常弱，磨削過程中磨粒受到較強的沖擊力時很容易被剝離出結合劑。而且傳統金剛石砂輪，磨粒的排布隨機性很強，磨粒的聚集會造成磨粒間距疏密不均，這樣會造成聚集區域磨粒冗余性大，非聚集區域磨粒常常因過載而形成碎裂和脫落。

　　傳統金屬結合劑金剛石砂輪之所以沒有形成牢固而有效的磨粒把持，就是因為金剛石具有良好的化學惰性，其可焊性非常差，對大多數金屬基本上不浸潤，金剛石真正的表面金屬化就非常困難。然而可以找到某些對金剛石浸潤的液態金屬[1]，并在這種浸潤金屬液體中加入少量的活性合金元素，使其在一定的溫度條件下可以和金剛石產生化學反應，生成新的梯度材料，這樣就牢固地將金剛石牢固固結在砂輪表面上，因此，磨粒就不會在磨削過程中出現脫落。

　　目前使用最多的金剛石釬料有3種，一種是Ni-Cr;一種是Ag-Cu-Ti;一種是Cu-Sn-Ti。Ni-Cr釬料釬焊技術的研究最早，因為其熔融溫度超過1000oC，在高溫下釬料與金剛石的反應強烈[2]，磨削實驗證明釬焊牢固可靠。但是它釬焊的溫度太高了，在這么高的溫度環境下還有Ni等觸媒元素的作用，金剛石容易形成表面的石墨化[3]，石墨的剪切強度非常低，這樣會造成釬焊效果的不穩定。Ag-Cu-Ti釬料的研究較多[4]，因為Ag-Cu-Ti合金能夠在金剛石表面良好鋪展，其釬焊溫度一般在800℃～900℃，所以金剛石的石墨化相對較低，而且隨著溫度的升高，其界面反應更加強烈，釬焊的可靠性會大大增加。Cu-Sn-Ti釬料因為其成本的低廉而備受研究者的注目，而且Cu-Sn-Ti釬料有較高的強度和較好的抗腐蝕性能，但是Cu-Sn-Ti釬料的釬焊機理非常復雜，Cu-Sn-Ti對于生成的外延TiC層厚度非常敏感，這可能是由于界面應力環境的變化造成的。

　　金剛石砂輪只能用于有色金屬和脆性材料的加工，而對于那些需要大去除率的黑色金屬則需要選用CBN砂輪，論文答辯CBN砂輪釬焊技術的研究也變得越來越多[5]。CBN超硬材料也具有典型的化學惰性，其可焊性比金剛石更差。但運用適當的釬料和釬焊工藝還是可以實現CBN與釬料的化學冶金結合。CBN的釬焊多用Ag-Cu-Ti釬料和Cu-Sn-Ti釬料，釬料中的活躍元素Ti與CBN中首先容易擴散遷移的N元素形成間隙化合物，隨著反應的進行Ti元素逐漸向CBN表面富集，形成了CBN界面的梯度復合材料，實現了CBN的牢固固結。

　　綜上所述，釬焊超硬磨料砂輪解決了磨粒可靠固結的問題，釬焊超硬磨料砂輪的實驗表明磨粒在磨削過程中不出現脫落。釬焊超硬磨料砂輪可以應用于強力磨削，高效深切磨削，高速磨削等先進的磨削技術領域，完全適應了現代磨削技術的發展。