金刚石钎焊工具的现状

       目前，用钎焊法制作金刚石(或立方氮化硼)工具已开始成为热门技术，但仅局限于单层工具，对于多层实现“孕镶”尚未见有成果发表。国外的钎焊技术研究始于20世纪80年代后期，但因为工作复杂至今仍停留在实验阶段，其应用也仅局限于单层工具；海内的高温钎焊技术研究起步较晚，与发达国家比拟，研究的广度和深度远远不够，因而目前进展十分缓慢，但跟着我国加入WTO，研究的步伐必定逐渐加速。

　　(1)国外高温金刚石钎焊工具的研究状况

　　瑞士AKChattopadhyay等用火焰喷镀法(氧—乙炔焊枪)把钎料合金镀于工具钢基体上，并将金刚石(不包衣)布排于焊料层面上，然后在1080℃、氩气保护下感应钎焊30秒来实现金刚石与钢基体结合。钎料合金中的Cr作为一种强碳化物元素，在钎焊过程中向金刚石表面富集而实现金刚石的表面金属化。

　　Wiand等在美国zhuanli上先容的方法是：焊料(Ni-Cr)金属粉加有机粘结剂制成钎焊漆，把包衣金刚石粘在工具钢基体上，然后涂附钎焊漆，再加热到一个适中的温度并保温一定时间以排除挥发物质。在真空炉(真空度1.333×10-2Pa)或干式氢气炉中加热到1100℃左右，保温1小时，钎焊的同时完成金刚石的表面金属化。

　　一些zhuanli中也同样采用Ni-Cr合金钎料实现了钎焊，钎料中还包括Fe、B元素或Si、Mo等。例如，在文献［14］中采用含Si或Si和Ti的Ni-Cr合金钎料在真空炉中实现钎焊，钎焊温度为1126～1176℃；文献［15］采用Cu基含W、Fe、Cr、B、Si等钎料钎焊金刚石砂轮；文献［16］用Ag-Mn-Zr银基钎料来钎焊金刚石工具，从而替换电镀工具。

　　德国的ATrenker等在钎焊过程中分别采用了镍基活性钎料和镍基钎料来实现金刚石与基体的结合。由与电镀工具的对比图可以看出，高温钎焊金刚石工具的机能比电镀金刚石工具优异得多，钎焊工具(使用活性钎料和PDA989、PDA665金刚石)起始磨削机能是电镀工具(镍基钎料和PDA665金刚石)的3.5倍以上，寿命是电镀工具的3倍以上；因为钎焊工具有较大的容屑空间，金刚石磨粒有较大的自.由切削面且磨粒间空间较多，使切屑很轻易被排除，所以钎焊金刚石工具的磨削机能好。

　　(2)海内高温钎焊金刚石工具的研究状况

　　第四军医大学和西安交通大学在海内外钎焊金刚石研究的基础上，采用真空炉(真空度为0.2Pa)内高温钎焊的方法，以NiCr13.P9合金为钎料，配以少量Cr粉，在高温(950℃)加压(4.9MPa)的前提下进行钎焊，从而实现了金刚石与钢基体间的牢固结合。钎料平均分布于砂轮表面，金刚石已被牢固钎焊，触摸砂轮表面感觉相称锐利粗拙。钎料在金刚石磨粒间分布平均，金刚石出刃高度高。其耐费用较电镀砂轮有了显著进步，工作后仅有少量金刚石脱落。

　　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元素反应天生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。

　　单层均布金刚石高温钎焊串珠，在不降低其寿命的前提下，金刚石用量减少一半，切割速度进步2倍。

　　作者所在课题组在海内外研究的基础上，采用Ni82CrBSi合金片状钎料，金刚石平均排布在钎料片上，在低真空热压烧结炉中实现钎焊，对金刚石钎焊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目、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。为检修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，并测得其大均匀出刃值。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)，发现了其大出刃值可达到百分之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进步。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时仍能继承工作，从理论上讲已经有两层金刚石介入了工作，这好像说明了可以实现“孕镶”，详细的应用工艺仍在进一步研究之中。

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