钎焊混合料及由其制备金刚石钎焊串珠的方法
阅读说明：本技术 钎焊混合料及由其制备金刚石钎焊串珠的方法 (Brazing mixture and method for preparing diamond brazing bead string by using same ) 是由 佘直昌 周斌 杨跃飞 唐汇德 甄春刚 覃光明 于 2021-11-03 设计创作，主要内容包括：一种钎焊混合料,包括：钎焊粉和/或细颗粒合金粉末、改性剂和成形剂,所述改性剂由碳化钨、二硼化钛、碳化钛或碳化铬中一种或两种与碳化二钼组成的高硬度粉末,其用量为钎焊粉或细颗粒合金粉末质量的5～20％(W/W)；所述成形剂为占钎焊粉末或细颗粒合金粉末质量的2.5～4.5％的石蜡、PEG、PVA、丙烯酸树脂中的一种或两种溶液。该钎焊混合料加入碳化二钼与碳化钨、二硼化钛、碳化钛或碳化铬等,以调节胎体的耐磨性,同时可改善烧结效果；便于快速调节胎体中的金刚石浓度,可以实现高效切割。本发明还公开了一种制备金刚石钎焊串珠的方法,通过高效球磨、去应力、脱氧、造粒等,改变钎焊粉末粒度与形貌,改善混合料的压制性能,以冷压成形方式快速制备钎焊串珠。(A brazing compound comprising: the brazing powder and/or fine-particle alloy powder, the modifier and the forming agent are/is high-hardness powder consisting of one or two of tungsten carbide, titanium diboride, titanium carbide and chromium carbide and dimolybdenum carbide, and the dosage of the high-hardness powder is 5-20% (W/W) of the mass of the brazing powder or the fine-particle alloy powder; the forming agent is one or two solutions of paraffin, PEG, PVA and acrylic resin accounting for 2.5-4.5% of the mass of the brazing powder or the fine-particle alloy powder. The brazing mixture is added with dimolybdenum carbide, tungsten carbide, titanium diboride, titanium carbide or chromium carbide and the like to adjust the wear resistance of the matrix and improve the sintering effect; the diamond concentration in the matrix is convenient to rapidly adjust, and efficient cutting can be realized. The invention also discloses a method for preparing the diamond brazing bead, which changes the granularity and the appearance of brazing powder, improves the pressing performance of a mixture and quickly prepares the brazing bead in a cold pressing forming mode through efficient ball milling, stress removal, deoxidation, granulation and the like.)
技术领域
本发明涉及钎焊金刚石工具制造领域，尤其是涉及一种钎焊混合料及由其制备金刚石钎焊串珠的方法制备金刚石钎焊串珠的方法。
背景技术
目前，常用的金刚石串珠主要包括烧结金刚石串珠和钎焊金刚石串珠两种，其中，烧结金刚石串珠使用寿命较长但切割效率不高，钎焊金刚石串珠切割效率高但实际使用寿命偏短，这两者的使用寿命、切割效率表现不一，在某些方面，串珠的使用寿命与切割效率存在对立性；在某种程度上，烧结金刚石串珠与钎焊金刚石串珠又具有使用互补性。
金刚石为共价键结构与一般金属间的界面能较高，导致两者间难以形成高强度的界面结合。因此，如何提高金刚石与胎体的结合力是金刚石工具研究的重点。最常见的提高金刚石与胎体结合力的方式主要为金刚石镀覆、金刚石粗糙化处理、胎体中添加活性元素、选用烧结冷却时胎体比容增大的胎体金属、改善烧结方式等，其中，以添加活性碳化物元素最能有效增加金刚石与胎体见的结合力。
目前，基于铜、镍与金刚石润湿性好，借助铜或镍的高温熔液的流动与扩散，添加Ti、Cr、Mo、W等活性元素至其中与金刚石之间形成碳化物，以提高胎体与金刚石之间的界面结合力。现有钎焊金刚石串珠以钎焊粉或钎焊膏为胎体原材料，一般以撒粉或涂膏、多次上料的方式制备，其生产效率偏低难以大批量生产，生产成本偏高。
CN 111687509 A公开了一种真空钎焊金刚石配混磨料及其在制造多层金刚石真空忏焊工具中的应用，所述配混磨料由Cu-Sn-Cr-Ti-Fe-Ni混合金属粉、骨架材料、金刚石混合制成，而该配混磨料的成形性能较好，适合填充、涂敷等方式用于金刚石钎焊烧结，不适合用于压制成型，其生产效率偏低，难以满足批量生产的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种适合冷压成型、制备工艺简单、且便于金刚石浓度调节的钎焊混合料，进而改变现有钎焊粉料的上料方式，同时，本发明公开了该钎焊混合料的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种钎焊混合料，包括：钎焊粉和/或细颗粒合金粉末、改性剂和成形剂，所述改性剂由碳化钨、二硼化钛、碳化钛或碳化铬中一种或两种与碳化二钼组成的高硬度粉末，其用量为钎焊粉或细颗粒合金粉末质量的5～20％(W/W)；所述成形剂为占钎焊粉末或细颗粒合金粉末质量的2.5～4.5％的石蜡、PEG、PVA、丙烯酸树脂中的一种或两种溶液。
所述钎焊粉为铜合金钎焊粉或镍合金钎焊粉；所述钎焊混合料的制备方法：包括以下步骤：
1)所述钎焊粉通过采用行星球磨机在真空、惰性气体保护的调节下将200目的钎焊粉研磨至300-400目，然后，在真空或者氢气气氛中600-720℃进行去应力退火；
2)将步骤1)制备的粉料与高硬度粉末混合均匀，然后加入成形剂，再用破碎或搅拌造粒的方式，待溶剂挥发后，过30-200目筛网(0.075mm～0.6mm)，得到造粒料备用；筛网上的物料为造粒料，筛网下的物料粉末通过热熔或者添加溶剂的方式再进行造粒，得到所需粒度的造粒料。
在某一示范实施例中，所述钎焊混合料的制备方法：包括以下步骤：
1)将细颗粒合金粉末与含钛的化合物混合后球磨，如以化学计量Cu：Sn：Ti＝(70-80)：(12-20)：(6-11)混合，防止出现单一碳化物氧化的问题，球磨得到成分较为均匀的混合粉末，因粉末粒度细小，成形性较好，且具有较好的烧结活性；筛分后在真空或者氢气气氛中600-720℃保温1～1.5小时去应力并脱氧；再将含碳化物元素的细颗粒合金粉末与高硬度粉末一起球磨混合；或者，将粒径≤400目的含碳化物元素的细颗粒合金粉末与高硬度粉末一起混合；
2)将步骤1)制备的粉料与成形剂混合均匀，造粒得到30-200目造粒料。
可选地，在步骤1)中，添加5～25％的200目雾化钎焊粉。
一种制备金刚石钎焊串珠的方法制备金刚石钎焊串珠的方法，包括以下步骤：
一、钎焊混合料的制备；
二、钎焊混合料与金刚石混合：将步骤一得到的造粒料与金刚石混合0.3～1h，得到待压制混合料；其中，金刚石浓度介于30％～200％，并添加0.5～1.5％粉料质量分数的脱模剂；
三、串珠压坯成形：将步骤二的待压制混合料在压机上冷压成形，压制时粉末直接被压紧在基体上，成形压力100-350MPa；
四、串珠烧结：所述金刚石串珠在真空气氛中进行脱脂与烧结，钎焊混合料为铜合金钎焊粉或细颗粒铜合金粉末，其烧结真空度≤0.002Pa，烧结温度为880～940℃；钎焊混合料为镍合金钎焊粉，真空度≤0.05Pa，烧结温度为1020～1080℃。
步骤三中，基体为45#钢，采用镀铜或镀镍处理。基体外侧设有径向沟槽，可增加粉末与基体的接触面积，防止烧结流挂；基体的端部一侧伸出一圆形台阶，可承托物料防止轴向窜动，可保持串珠烧结后的完整性与规则性。压制后，粉末贴合在基体表面，便于转移防止破损，不需要后续再摆放基体。
所述的铜合金串珠于真空气氛中脱脂与烧结，真空度≤0.002Pa，具体工艺如下：
镍合金串珠钎焊工艺如下，真空度≤0.05Pa，具体工艺如下：
本发明一种钎焊混合料的有益效果：
该钎焊混合料的流动性良好；且提高了物料性能的均一性，如混合料松比及流动性，有利于后续获得质量稳定的串珠压坯。
该钎焊混合料通过高效球磨、去应力、脱氧、造粒等，改变钎焊粉末粒度与形貌，改善混合料的压制性能，以冷压成形方式快速制备钎焊串珠。
由于现有的钎焊粉中未添加的碳化物元素，易于与空气中氧气反应形成氧化膜，不利于后续使用，对于粉末存储与使用有一定的要求，本发明的钎焊混合料在现有的钎焊粉中加入碳化二钼与碳化钨、二硼化钛、碳化钛或碳化铬等，以调节胎体的耐磨性，同时可改善烧结效果，防止串珠出现烧结流挂及变形。
本发明的钎焊混合料便于快速调节胎体中的金刚石浓度，告别以往钎焊串珠切割后期因金刚石浓度过高难以出刃及使用寿命偏短的问题，可以实现高效切割，且使用寿命不会降低。
本发明钎焊混合料及由其制备金刚石钎焊串珠的方法制备金刚石钎焊串珠的方法的有益效果：
本发明的钎焊混合料，通过添加高硬度粉末，其中碳化钨、二硼化钛、碳化钛或碳化铬属于高硬度的硬质粉末，稳定性高，可极大提高材料的耐磨性；碳化二钼相较于其他粉末，强度并不高，甚至比较脆，但它与胎体金属的亲和性好。两者相结合，可以提高胎体材料的综合性能。
该方法采用自主设计特有的钎焊混合料，并经过特定工序处理的钎焊混合料，显著改善了串珠压坯的稳定性。
该方法为配合串珠烧结，采用表面设有径向沟槽的串珠基体，且基体一端带有以环形台阶，可增加胎体层对基体的结合力，同时防止烧结时出现钎料流挂等。
附图说明
图1—为本发明一种金刚石串珠的制备方法所用的基体的剖视图；
图中：1—基体，11—径向沟槽，12—圆形台阶。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例的一种钎焊混合料，包括：钎焊粉、改性剂和成形剂，所述改性剂由碳化钨与碳化二钼按质量比为1:1组成的高硬度粉末，其用量为钎焊粉质量的10％(W/W)；所述成形剂为占钎焊粉质量的4.0％、浓度为15％的石蜡汽油溶液。
所述钎焊粉为BNi2镍合金钎焊粉。
参照图1，本实施的一种制备金刚石钎焊串珠的方法制备金刚石钎焊串珠的方法，包括以下步骤：
一、钎焊混合料的制备，包括以下步骤：
1)将200目的BNi2镍合金钎焊粉在行星球磨机中、氩气保护的条件下球磨10min，球料比为6:1，球磨转速400r/min，磨球为氮化硅材质，过400目的筛网得到粉末，筛上物料继续球磨至通过400目的筛网，球磨后的粉末在氢气气氛中700℃保温1小时进行去应力退火并脱氧；
2)将步骤1)制备的粉料，与粉料质量的5％碳化钨与5％碳化二钼高硬度粉末，用混料机混合2小时，混合均匀得到混合粉；然后，加入粉料的4％、浓度15％的石蜡汽油溶液作为成形剂搅拌均匀，再用搅拌造粒的方式造粒，待溶剂挥发后，过30目-100目筛网中间筛分粒子作为造粒料备用，30目筛网上的物料破碎再筛分，100目筛网下的物料粉末通过80℃热熔的方式使粉末团聚，待冷却再破碎过筛。
二、钎焊混合料与金刚石混合：将步骤一得到的造粒料添加粉末实际体积比25％(即金刚石浓度100％)的金刚石以及占造粒料质量分数1％的硬脂酸镁，先手工混合，再三维混料机中混合20min，得到待压制混合料；其中，金刚石浓度为100％，并添加1.0％粉料质量分数的脱模剂；
三、串珠压坯成形：将步骤二的待压制混合料在压机上冷压成形，压制时粉末直接被压紧在基体上，成形压力300Mpa，压制成外径φ11.6mm，内径φ7.8mm，高度7.0mm的串珠胎体压坯。
四、串珠烧结：所述金刚石串珠在真空气氛中进行脱脂与烧结，钎焊混合料为镍合金钎焊粉，真空度≤0.05Pa，烧结温度为1060℃，具体烧结参数如下：
步骤三中，基体为45#钢，采用镀铜或镀镍处理。基体外侧设有径向沟槽，可增加粉末与基体的接触面积，防止烧结流挂；基体的端部一侧伸出一圆形台阶，可承托物料防止轴向窜动，可保持串珠烧结后的完整性与规则性。压制后，粉末贴合在基体表面，便于转移防止破损，不需要后续再摆放基体。
实施例2
本实施例的一种钎焊混合料，包括：钎焊粉、改性剂和成形剂，所述改性剂由二硼化钛与碳化二钼按质量比为2:1组成的高硬度粉末，其用量为钎焊粉质量的15％(W/W)；所述成形剂为占钎焊粉质量的3.5％、浓度为20％的丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯溶液。
所述钎焊粉为CuSnTi10铜合金钎焊粉。
参照图1，本实施的一种制备金刚石钎焊串珠的方法制备金刚石钎焊串珠的方法，包括以下步骤：
一、钎焊混合料的制备，包括以下步骤：
1)将200目的CuSnTi10铜合金钎焊粉在行星球磨机中、氩气保护的条件下球磨20min，球料比为5:1，球磨转速450r/min，磨球为氮化硅材质，过325目的筛网得到粉末，筛上物料继续球磨至通过325目的筛网，球磨后的粉末在氢气气氛中680℃保温1小时进行去应力退火并脱氧；
2)将步骤1)制备的粉料，与粉料质量的10％二硼化钛与5％碳化二钼高硬度粉末，用混料机混合1小时，混合均匀得到混合粉；然后，加入粉料的3.5％、浓度为20％的丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯溶液作为成形剂搅拌均匀，再用搅拌造粒的方式造粒，待溶剂挥发后，过40目-80目筛网中间筛分粒子作为造粒料备用，40目筛网上的物料破碎再筛分，80目筛网下的物料粉末通过加入10％的甲基丙烯酸甲酯，搅拌均匀并密封一段时间，于80℃烘干待冷却再破碎过筛。
二、钎焊混合料与金刚石混合：将步骤一得到的造粒料添加粉末实际体积比15％(即金刚石浓度60％)的金刚石以及占造粒料质量分数0.7％的硬脂酸镁，先手工混合，再三维混料机中混合25min，得到待压制混合料；
三、串珠压坯成形：将步骤二的待压制混合料在压机上冷压成形，压制时粉末直接被压紧在基体上，成形压力200Mpa，压制成外径φ12mm，内径φ8.0mm，高度7.2mm的串珠胎体压坯。
四、串珠烧结：所述金刚石串珠在真空气氛中进行脱脂与烧结，钎焊混合料为铜合金钎焊粉，真空度≤0.002Pa，烧结温度为1060℃，具体烧结参数如下：
步骤三中，基体为45#钢，采用镀铜或镀镍处理。基体外侧设有径向沟槽，可增加粉末与基体的接触面积，防止烧结流挂；基体的端部一侧伸出一圆形台阶，可承托物料防止轴向窜动，可保持串珠烧结后的完整性与规则性。压制后，粉末贴合在基体表面，便于转移防止破损，不需要后续再摆放基体。
本实施例的一种钎焊混合料，其中二硼化钛属于高硬度的硬质粉末，稳定性高，可极大提高材料的耐磨性；碳化二钼相较于其他粉末，强度并不高，甚至比较脆，但它与胎体金属的亲和性好。两者相结合，可以提高胎体材料的综合性能。
实施例3
本实施例的一种钎焊混合料，包括：细颗粒合金粉末、改性剂和成形剂，所述改性剂由二硼化钛、碳化铬与碳化二钼按质量比为15:1:1组成的高硬度粉末，其用量为细颗粒合金粉末质量的17％(W/W)；所述成形剂为占细颗粒合金粉末质量的3.8％、浓度为20％的PVA水溶液。
所述细颗粒合金粉末为300目的电解铜粉与200目锡粉、200目的二氢化钛粉末按质量比72:18:10混配的合金粉末。
参照图1，本实施的一种制备金刚石钎焊串珠的方法制备金刚石钎焊串珠的方法，包括以下步骤：
一、钎焊混合料的制备，包括以下步骤：
1)将300目的电解铜粉与200目锡粉、200目的二氢化钛粉末，以质量比72:18:10配料得到合金粉末，然后将合金粉末在行星球磨机中通氩气保护用氮化硅陶瓷磨球球磨30min，球料比为5:1，球磨转速400r/min，过400目的筛网得到粉末，筛上物料继续球磨至通过400目的筛网，球磨后的粉末在氢气气氛中680℃保温1.5小时进行去应力退火并脱氧；与粉料质量的10％二硼化钛、1％碳化铬与1％碳化二钼高硬度粉末，用混料机混合1.5小时，混合均匀；
2)将步骤1)制备的粉料，加入粉料的3.8％、浓度为20％的PVA溶液作为成形剂趁热搅拌均匀并造粒，然后，过50目-120目筛网中间筛分粒子作为造粒料备用，50目筛网上的物料破碎再筛分，120目筛网下的物料粉末压机压团，再破碎过筛。
二、钎焊混合料与金刚石混合：将步骤一得到的造粒料添加粉末实际体积比20％(即金刚石浓度80％)的金刚石以及占造粒料质量分数0.5％的硬脂酸镁，先手工混合，再三维混料机中混合30min，得到待压制混合料；
三、串珠压坯成形：将步骤二的待压制混合料在压机上冷压成形，压制时粉末直接被压紧在基体上，成形压力350Mpa，压制成外径φ11.2mm，内径φ7.6mm，高度7.0mm的串珠胎体压坯。
四、串珠烧结：所述金刚石串珠在真空气氛中进行脱脂与烧结，钎焊混合料为铜合金细颗粒合金粉末，真空度≤0.002Pa，烧结温度为920℃，具体烧结参数如下：
步骤三中，基体为45#钢，采用镀铜或镀镍处理。基体外侧设有径向沟槽，可增加粉末与基体的接触面积，防止烧结流挂；基体的端部一侧伸出一圆形台阶，可承托物料防止轴向窜动，可保持串珠烧结后的完整性与规则性。压制后，粉末贴合在基体表面，便于转移防止破损，不需要后续再摆放基体。
实施例4
本实施例的一种钎焊混合料，包括：CuSnTi10铜合金钎焊粉和细颗粒合金粉末、改性剂和成形剂，所述改性剂由碳化邬与碳化二钼按质量比为1:2组成的高硬度粉末，其用量为细颗粒合金粉末质量的12％(W/W)；所述成形剂为占细颗粒合金粉末质量的3.0％、浓度为20％的丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯溶液。
所述细颗粒合金粉末为300目的电解铜粉与200目锡粉、200目的二氢化钛粉末按质量比60:25:15混配的合金粉末。
参照图1，本实施的一种制备金刚石钎焊串珠的方法制备金刚石钎焊串珠的方法，包括以下步骤：
一、钎焊混合料的制备，包括以下步骤：
1)将300目的电解铜粉与200目锡粉、200目的二氢化钛粉末按质量比60:25:15混配得到合金粉末，再在行星球磨机中真空、氩气保护的条件下球磨25min，球料比为6:1，球磨转速400r/min，磨球为氮化硅陶瓷，过350目的筛网得到粉末，筛上物料继续球磨至通过350目的筛网，球磨后的粉末在氢气气氛中680℃保温1.2小时进行去应力退火并脱氧；
2)在步骤1)制备的粉料中添加细颗粒合金粉末质量的5％的200目CuSnTi10铜合金钎焊粉(直接购买，不需要球磨)，与粉料质量的4％碳化邬与8％碳化二钼高硬度粉末，用混料机混合1.5小时，混合均匀得到混合粉；然后，加入粉料的3.0％、浓度为20％的丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯溶液作为成形剂搅拌均匀，再用搅拌造粒的方式造粒，待溶剂挥发后，过50目-100目筛网中间筛分粒子作为造粒料备用，50目筛网上的物料破碎再筛分，100目筛网下的物料粉末通过加入10％的甲基丙烯酸甲酯，搅拌均匀并密封一段时间，于80℃烘干待冷却再破碎过筛。
二、钎焊混合料与金刚石混合：将步骤一得到的造粒料添加粉末实际体积比18％(即金刚石浓度72％)的金刚石以及占造粒料质量分数0.6％的硬脂酸镁，先手工混合，再三维混料机中混合30min，得到待压制混合料；
三、串珠压坯成形：将步骤二的待压制混合料在压机上冷压成形，压制时粉末直接被压紧在基体上，成形压力200Mpa，压制成外径φ11.8mm，内径φ7.8mm，高度7.2mm的串珠胎体压坯。
四、串珠烧结：所述金刚石串珠在真空气氛中进行脱脂与烧结，钎焊混合料为铜合金细颗粒合金粉末，真空度≤0.002Pa，烧结温度为900℃，具体烧结参数如下：
步骤三中，基体为45#钢，采用镀铜或镀镍处理。基体外侧设有径向沟槽，可增加粉末与基体的接触面积，防止烧结流挂；基体的端部一侧伸出一圆形台阶，可承托物料防止轴向窜动，可保持串珠烧结后的完整性与规则性。压制后，粉末贴合在基体表面，便于转移防止破损，不需要后续再摆放基体。
本发明一种钎焊混合料，根据金刚石所应用的领域对金刚石串珠的硬度硬度，其改性剂还可以为质量比为2:1的碳化钛和碳化二钼的组合物、质量比为1:1:2的碳化钨、二硼化钛和碳化二钼的组合物等等；以上技术特征的改变，本领域的技术人员通过文字描述可以理解并实施，故不再另作附图加以说明。
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