本發(fā)明特別涉及一種空氣中釬焊金剛石的膏狀釬料、其制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

金剛石工具特別適合加工硬脆材料尤其為非金屬材料，例如石材、墻地磚、玻璃、陶瓷等；也可以用于加工有色金屬、合金、木材，例如銅、鋁、硬質(zhì)合金、淬火鋼、鑄鐵等。目前金剛石工具已廣泛應(yīng)用于建筑、建材、地質(zhì)、冶金、機(jī)械、電子、陶瓷、木材、汽車等工業(yè)。

在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，釬焊金剛石的釬料需要具備以下特點(diǎn)：一、釬料對金剛石和基體有良好的浸潤性和結(jié)合強(qiáng)度；二、釬料對金剛石最好沒有侵蝕性或微侵蝕性；三、釬料的軟化點(diǎn)必須高于釬焊金剛石工具在切磨時(shí)的局部溫度。金剛石與基體的結(jié)合強(qiáng)度主要由釬料決定，釬料要在金剛石表面生成化學(xué)結(jié)合才能對金剛石形成有效把持，這就要求釬料成分中必須含有能夠在高溫下和金剛石生成碳化物的元素(Ti、V、Cr等)。

目前，大多數(shù)生產(chǎn)廠家所用的釬料大都含有10℅左右的鉻或鈦，但是，Ti、Cr等元素在空氣中加熱時(shí)，容易氧化，失去活性?，F(xiàn)有技術(shù)的解決方法通常為在釬焊金剛石時(shí)，在真空或惰性氣體保護(hù)條件下進(jìn)行，相對于在空氣中釬焊，這大大增加了加工成本，降低了生產(chǎn)效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種空氣中釬焊金剛石的膏狀釬料、其制備方法及應(yīng)用，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

為實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種空氣中釬焊金剛石的膏狀釬料，其包括：88wt％～92wt％釬料，1wt％～2wt％助焊劑，其余部分包含粘結(jié)劑和水；

所述釬料包括質(zhì)量比為1:0.05～1:0.1的BNi-2和鈦粉；

所述助焊劑包括質(zhì)量比為1:0.1～1:1.8的氟化鋁和氟化鉀。

進(jìn)一步的，所述釬料中BNi-2與鈦粉的質(zhì)量比為1:0.06～1:0.08。

進(jìn)一步的，所述助焊劑中氟化鋁與氟化鉀的質(zhì)量比優(yōu)選為1:1.2～1:1.5。

其中，所述助焊劑能有效去除氧化皮，并阻止作為釬料的合金粉末的進(jìn)一步氧化。

在一些較為優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述膏狀釬料包括8wt％～10wt％水及粘結(jié)劑。

在一些較為優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述粘結(jié)劑與水的質(zhì)量比為(1～2)：(98～99)。

進(jìn)一步的，所述粘結(jié)劑包括甲基纖維素或乙基纖維素，且不限于此。

進(jìn)一步的，前述BNi-2為鎳基釬料，其主要組成元素以Ni為主，其次還含有降熔元素(melting point depressant element)B和Si，以及其它元素(參閱《熱加工工藝》，2004，6(1):47-50)。

進(jìn)一步的，前述鈦粉的粒徑優(yōu)選為10μm～100μm，尤其優(yōu)選為30μm～50μm。與此相應(yīng)的膏狀釬料形成的焊層結(jié)構(gòu)更為均一致密，與基材具有更佳結(jié)合強(qiáng)度。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了所述膏狀釬料在空氣氛圍內(nèi)釬焊金剛石的用途或者在制備金剛石工具中的用途。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種空氣中釬焊金剛石的膏狀釬料的制備方法，其包括：

將粘結(jié)劑與水均勻混合形成膠水狀膏體，

將釬料及助焊劑與所述膠水狀膏體均勻混合形成所述膏狀釬料，所述釬料包括質(zhì)量比為1:0.05～1:0.1的BNi-2和鈦粉，所述助焊劑包括質(zhì)量比為1:0.1～1:1.8的氟化鋁和氟化鉀；

其中，所述膏狀釬料包括88wt％～92wt％釬料和1wt％～2wt％助焊劑。

進(jìn)一步的，所述釬料中BNi-2與鈦粉的質(zhì)量比為1:0.06～1:0.08。

進(jìn)一步的，所述助焊劑中氟化鋁與氟化鉀的質(zhì)量比優(yōu)選為1:1.2～1:1.5。

在一些較為優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述膠水狀膏體的質(zhì)量為所述膏狀釬料質(zhì)量的8％～10％。

在一些較為優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述膠水狀膏體包含1wt％～2wt％粘結(jié)劑。

進(jìn)一步的，所述粘結(jié)劑包括甲基纖維素或乙基纖維素，且不限于此。

進(jìn)一步的，前述鈦粉的粒徑優(yōu)選為10μm～100μm，尤其優(yōu)選為30μm～50μm。

在一些較為具體的實(shí)施方案中，所述空氣中釬焊金剛石的膏狀釬料的制備方法可以包括：

將氟化鋁和氟化鉀的混合物作為助焊劑，

將BNi-2粉末和鈦粉的混合物作為釬料，

以乙基纖維素(粉末狀)在水里高速分散成的膠水作為膏體，攪拌混合形成膏狀釬料。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種金剛石工具的制備方法，其包括：將所述的空氣中釬焊金剛石的膏狀釬料涂覆在基體上，之后使金剛石吸附在所述膏狀釬料上，然后直接在空氣中加熱到1000～1100℃并保溫10～25s，制得金剛石工具。

在一些較為具體的實(shí)施方案中，所述制備方法可以包括：將所述的空氣中釬焊金剛石的膏狀釬料涂抹在基體上，然后再用靜電吸附等方式使金剛石吸附在釬料上，直接在空氣中用高頻加熱到1000～1100℃并保溫10～25s得到金剛石工具。

進(jìn)一步的，所述基體可以選自金屬、陶瓷等材質(zhì)的，且不限于此。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了由前述方法制備的金剛石工具。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的空氣中釬焊金剛石的膏狀釬料在釬焊過程中不需要真空或保護(hù)性氣氛，能夠在空氣中完成釬焊，因此大大提高了加工靈活性，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)釬料使用量還更易于控制，并可大幅延長工具使用壽命，而其制備方法簡單，條件易控，適合大規(guī)模的生產(chǎn)。

具體實(shí)施方式

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本案發(fā)明人經(jīng)長期研究和大量實(shí)踐，得以提出本發(fā)明的技術(shù)方案。如下將結(jié)合若干較佳實(shí)施例對該技術(shù)方案、其實(shí)施過程及原理等作進(jìn)一步的解釋說明。

實(shí)施例1

本實(shí)施例的空氣中釬焊金剛石的膏狀釬料包含如下組分：92wt％釬料，1.5wt％助焊劑，0.1wt％乙基纖維素和6.4wt％水。

所述釬料為質(zhì)量比為1:0.05的BNi-2(市購)和鈦粉(粒徑約10μm～25μm)的混合金屬粉末。

所述助焊劑為質(zhì)量比為1:0.1的氟化鋁和氟化鉀的混合物。

所述空氣中釬焊金剛石的膏狀釬料的制備方法包括：

按照前述配比配制原料；

將氟化鋁和氟化鉀混合均勻作為助焊劑，將BNi-2和鈦粉混合均勻作為釬料

將乙基纖維素溶于水中形成膠水；

將助焊劑和釬料加入所述膠水中，用行星攪拌機(jī)攪拌混合均勻，即制得所述空氣中釬焊金剛石的膏狀釬料。

將所述空氣中釬焊金剛石的膏狀釬料涂覆在鋼制基體上，之后使金剛石以靜電吸附的方式附著到所述膏狀釬料上，然后直接在空氣中高頻電加熱到1100℃并保溫15s，制得金剛石工具。

該金剛石工具適合石材加工行業(yè)。

實(shí)施例2

本實(shí)施例的空氣中釬焊金剛石的膏狀釬料包含如下組分：88wt％釬料，2wt％助焊劑，0.1wt％乙基纖維素和9.9wt％水。

所述釬料為質(zhì)量比為1:0.06的BNi-2(市購)和鈦粉(粒徑約30μm～50μm)的混合金屬粉末。

所述助焊劑為質(zhì)量比為1:1.5的氟化鋁和氟化鉀的混合物。

所述空氣中釬焊金剛石的膏狀釬料的制備方法包括：

按照前述配比配制原料；

將氟化鋁和氟化鉀混合均勻作為助焊劑，將BNi-2和鈦粉混合均勻作為釬料

將乙基纖維素溶于水中形成膠水；

將助焊劑和釬料加入所述膠水中，用行星攪拌機(jī)攪拌混合均勻，即制得所述空氣中釬焊金剛石的膏狀釬料。

將所述空氣中釬焊金剛石的膏狀釬料涂覆在氧化鋯陶瓷基體上，之后使金剛石以靜電吸附的方式附著到所述膏狀釬料上，然后直接在空氣中高頻電加熱到1000℃并保溫20s，制得金剛石工具。

該金剛石工具適合陶瓷加工行業(yè)。

實(shí)施例3

本實(shí)施例的空氣中釬焊金剛石的膏狀釬料包含如下組分：90wt％釬料，1wt％助焊劑，0.1wt％乙基纖維素和8.9wt％水。

所述釬料為質(zhì)量比為1:0.08的BNi-2(市購)和鈦粉(粒徑約30μm～50μm)的混合金屬粉末。

所述助焊劑為質(zhì)量比為1:1.2的氟化鋁和氟化鉀的混合物。

所述空氣中釬焊金剛石的膏狀釬料的制備方法包括：

按照前述配比配制原料；

將氟化鋁和氟化鉀混合均勻作為助焊劑，將BNi-2和鈦粉混合均勻作為釬料

將乙基纖維素溶于水中形成膠水；

將助焊劑和釬料加入所述膠水中，用行星攪拌機(jī)攪拌混合均勻，即制得所述空氣中釬焊金剛石的膏狀釬料。

將所述空氣中釬焊金剛石的膏狀釬料涂覆在鈦合金基體上，之后使金剛石以靜電吸附的方式附著到所述膏狀釬料上，然后直接在空氣中高頻電加熱到1050℃并保溫10s，制得金剛石工具該金剛石工具適合木材加工行業(yè)。

實(shí)施例4

本實(shí)施例的空氣中釬焊金剛石的膏狀釬料包含如下組分：91wt％釬料，1wt％助焊劑，0.08wt％乙基纖維素和7.92wt％水。

所述釬料為質(zhì)量比為1:0.1的BNi-2和鈦粉(粒徑約100μm～120μm)的混合金屬粉末。

所述助焊劑為質(zhì)量比為1:1.8的氟化鋁和氟化鉀的混合物。

所述空氣中釬焊金剛石的膏狀釬料的制備方法包括：

按照前述配比配制原料；

將氟化鋁和氟化鉀混合均勻作為助焊劑，將BNi-2和鈦粉混合均勻作為釬料

將乙基纖維素溶于水中形成膠水；

將助焊劑和釬料加入所述膠水中，用行星攪拌機(jī)攪拌混合均勻，即制得所述空氣中釬焊金剛石的膏狀釬料。

將所述空氣中釬焊金剛石的膏狀釬料涂覆在氮化硅陶瓷基體上，之后使金剛石以靜電吸附的方式附著到所述膏狀釬料上，然后直接在空氣中高頻電加熱到1080℃并保溫18s，制得金剛石工具。

該金剛石工具適合金屬加工行業(yè)。

對照例1：參照實(shí)施例1，取市售BNi-2釬料分散于水和乙基纖維素形成的膠水中，用行星攪拌機(jī)攪拌混合均勻形成膏狀釬料。將該膏狀釬料涂覆在鋼制基體上，之后使金剛石以靜電吸附的方式附著到所述膏狀釬料上，然后直接在空氣中高頻電加熱到1100℃并保溫15s，制得金剛石工具。

對照例2：參照實(shí)施例1，取市售BNi-2釬料分散于水和甲基纖維素形成的膠水中，用行星攪拌機(jī)攪拌混合均勻形成膏狀釬料。將該膏狀釬料涂覆在鋼制基體上，之后使金剛石以靜電吸附的方式附著到所述膏狀釬料上，然后在氮?dú)鈿夥罩懈哳l電加熱到1000℃并保溫20s，制得金剛石工具。

以高倍率顯微鏡對實(shí)施例1-實(shí)施例4及對照例1-對照例2所獲金剛石工具的切面形貌進(jìn)行觀察，可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)施例1-實(shí)施例4中金剛石均牢固結(jié)合在焊料中，金剛石與焊料之間無明顯界面，焊料結(jié)構(gòu)致密，基本無裂紋、氣泡等，且在與基體的結(jié)合處部分滲入基體，而對照例1中金剛石與周圍的焊料之間存在明顯界面，焊料結(jié)構(gòu)疏松，對照例2中金剛石與焊料之間的結(jié)合情況較之對比文件1有改善，但焊料中存在較多裂紋，焊料與基體的結(jié)合處也存在明顯界面。對實(shí)施例1-實(shí)施例4、對照例1-對照例2所獲金剛石工具進(jìn)行金相組織分析，亦可看到，實(shí)施例2、3的焊料層比實(shí)施例1、4更為致密，其中還彌散分布著極小的碳化物顆粒。

再將實(shí)施例1-實(shí)施例4、對照例1-對照例2所獲金剛石工具固定在磨床上，以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的氧化鋁砂輪對金剛石工具表面進(jìn)行干式磨削，砂輪線速度為35.0m/s，磨削深度為30μm，工作臺(tái)進(jìn)給速度為15mm/s。同時(shí)利用三維視頻顯微鏡和掃描電子顯微鏡對金剛石工具上金剛石的破損情況進(jìn)行了觀察?？梢钥吹?，實(shí)施例1、實(shí)施例4的金剛石工具上的金剛石顆粒僅有很少的小塊破碎，無脫落，實(shí)施例2、實(shí)施例3的金剛石工具上的金剛石顆?；颈３滞暾?，無脫落，對照例1的金剛石工具上的金剛石顆粒存在較為嚴(yán)重的脫落情況，對照例2的金剛石工具上的金剛石顆粒有部分脫落和大塊破損的情況。

應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。