1、 第4 4卷 第4期2 0 2 3年8月 青 岛 科 技 大 学 学 报(自然科学版)J o u r n a l o f Q i n g d a o U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y(N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n)V o l.4 4 N o.4A u g.2 0 2 3 文章编号:1 6 7 2-6 9 8 7(2 0 2 3)0 4-0 0 8 4-0 6;D O I:1 0.1 6 3 5 1/j.1 6 7 2-6 9 8 7.2 0 2 3
2、.0 4.0 1 1N i-C r-B-S i合金预连接金刚石磨粒及其阻焊的研究刘明超,王 超,高子伟,马伯江*(青岛科技大学 机电工程学院,山东 青岛 2 6 6 0 6 1)摘 要:利用N i-C r-B-S i合金预连接金刚石,然后阻焊焊接在基体上,旨在为有序排布的金刚石工具磨粒的精确固定或焊补修复工具损毁磨粒服务。利用扫描电子显微镜(S EM)、能谱仪(E D S)、X射线衍射仪(X R D)、拉曼光谱仪对处理后的金刚石磨粒进行表征,采用磨削试验评定其磨削性能。研究表明:在1 0 5 0 保温6 0 s的预连接工艺下,金刚石表面生成C r7C3和C r3C2两种碳化物;阻焊后金刚石磨粒
3、仍然棱角分明,预连接层与基体结合良好;阻焊金刚石所受最大压应力为0.4 6 G P a,对比样钎焊金刚石所受最大压应力为0.1 3 G P a,阻焊金刚石受到的把持力更强;磨削试验显示,阻焊金刚石对加工材料的去除量高于钎焊金刚石,表现出更好的磨削性能。关键词:N i-C r-B-S i合金;金刚石;预连接;阻焊;有序排布中图分类号:T G 4 5 3.9 文献标志码:A引用格式:刘明超,王超,高子伟,等.N i-C r-B-S i合金预连接金刚石磨粒及其阻焊的研究J.青岛科技大学学报(自然科学版),2 0 2 3,4 4(4):8 4-8 9.L I U M i n g c h a o,WAN
4、G C h a o,GAO Z i w e i,e t a l.S t u d y o n p r e-b o n d i n g a n d r e s i s t a n c e w e l d-i n g o f d i a m o n d g r i t s w i t h N i-C r-B-S i a l l o yJ.J o u r n a l o f Q i n g d a o U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y(N a t u r a l S c i e n c e E d i t i
5、 o n),2 0 2 3,4 4(4):8 4-8 9.收稿日期:2 0 2 2-0 8-0 1基金项目:山东省自然科学基金项目(Z R 2 0 1 7 ME E 0 7 6).作者简介:刘明超(1 9 9 8),男,硕士研究生.*通信联系人.S t u d y o n P r e-b o n d i n g a n d R e s i s t a n c e W e l d i n g o f D i a m o n d G r i t s w i t h N i-C r-B-S i A l l o yL I U M i n g c h a o,WA N G C h a o,G A O Z
6、 i w e i,MA B o j i a n g(C o l l e g e o f E l e c t r o m e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g,Q i n g d a o U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,Q i n g d a o 2 6 6 0 6 1,C h i n a)A b s t r a c t:D i a m o n d g r i t s w e r e p r e-b o n d e d u s i n g N i-C r-B-
7、S i a l l o y a n d t h e n t h e y w e r e w e l d e d o n t h e s u b s t r a t e b y r e s i s t a n c e w e l d i n g,w h i c h s e r v e d f o r t h e p r e c i s e f i x a t i o n o f d i a m o n d g r i t s o n d i a m o n d t o o l s w i t h o r d e r l y a r r a n g e d g r i t s o r t h e
8、r e p l a c i n g o f d a m a g e d g r i t s o f u s e d d i a-m o n d t o o l s.T h e t r e a t e d d i a m o n d g r i t s w e r e c h a r a c t e r i z e d b y S EM,E D S,X R D a n d R a m a n s p e c t r o m e t e r,a n d t h e g r i n d i n g p e r f o r m a n c e w a s e v a l u a t e d b y g
9、 r i n d i n g t e s t.T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t t w o k i n d s o f c a r b i d e s,C r7C3 a n d C r3C2,w e r e f o r m e d o n t h e s u r f a c e o f t h e d i a-m o n d g r i t s a t 1 0 5 0 f o r 6 0 s.A f t e r r e s i s t a n c e w e l d i n g,t h e d i a m o n d g r i t s w e r
10、 e s t i l l s h a r p a n d a n g u l a r,a n d t h e p r e-b o n d e d l a y e r w a s w e l l c o m b i n e d w i t h t h e s u b s t r a t e.T h e m a x i m u m c o m p r e s s i v e s t r e s s o f d i a m o n d g r i t s w e l d e d b y r e s i s t a n c e w e l d i n g w a s 0.4 6 G P a,a n d
11、 t h a t o f b r a z e d d i a m o n d g r i t s u s e d a s c o m p a r i s o n s a m p l e s w a s 0.1 3 G P a.T h e d i a m o n d g r i t s w e l d e d b y r e s i s t a n c e w e l d i n g w a s s u b j e c t t o s t r o n g e r h o l d i n g f o r c e.T h e g r i n d i n g t e s t s i n d i c a
12、 t e d t h a t 第4期 刘明超等:N i-C r-B-S i合金预连接金刚石磨粒及其阻焊的研究t h e m a t e r i a l r e m o v a l a m o u n t u s i n g d i a m o n d g r i t s w e l d e d b y r e s i s t a n c e w e l d i n g w a s g r e a t e r t h a n t h a t o f b r a z e d d i a m o n d g r i t s.T h e d i a m o n d g r i t s w e l d
13、e d b y r e s i s t a n c e w e l d i n g s h o w e d b e t t e r g r i n d i n g p e r f o r m a n c e.K e y w o r d s:N i-C r-B-S i a l l o y;d i a m o n d;p r e-b o n d i n g;r e s i s t a n c e w e l d i n g;o r d e r e d a r r a n g e m e n t 近年来,钎焊金刚石工具把持力强、锋利、容屑空间大,在工程陶瓷、硬质合金等难加工材料的加工过程中得到广泛应
14、用。大量研究表明,磨粒随机排布的工具存在磨削温度持续升高、磨粒易损坏脱落等问题,而磨粒有序排布的工具在容屑空间、磨削温度、工件表面粗糙度等方面得到优化1-2。一些学者提出了定向排布3-4、叶序排布5等磨粒排布方式,基于运动学仿真做磨损研究6,并进而开发出点胶法7、阵列微孔吸附法8、金刚石微阵列9、激光烧蚀法1 0、掩模法1 1等制造方法。但因受磨粒定位精度差、工艺复杂等关键性难题的制约,磨粒有序排布的金刚石工具仍未进入大规模实用阶段1 2。单层钎焊金刚石工具在高效重负荷加工过程中,磨粒容易整体破碎甚至脱落,从而使工具提前报废。目前,金刚石工具的修整方式主要是整形和修锐,但这两种方式对于整体破碎
15、甚至脱落的磨粒无能为力。虽然有学者提出用激光焊1 3、电弧冷焊1 4等微域加热方式对磨粒予以焊植补充,但因其均属无压力型焊接方式,熔池震荡,磨粒难以精确固定。本工作利用具有热压固定功效的阻焊,能够实现磨粒的精确固定,将预连接后表面金属化的金刚石磨粒焊植在工具基体上,并研究了磨粒表面形貌、界面结合、应力状态和磨削性能等。1 实验部分1.1 材料及仪器人造原始金刚石颗粒(5 0 07 5 0 m),郑州中南杰特超硬材料有限公司;N i-C r-B-S i合金(5 07 5 m,N i:8 5.9%,C r:7.5%,B:3.5%,S i:3.1%,均为质量分数),郑州机械研究所;氩气(纯度9 9.
16、9 9%),烟台得一气体有限公司。小型加热炉,J C-K-2 2 0型,淄博九辰节能科技有限公司;逆变阻焊机,J Y D-0 2 L型,广州市精源电子设备有限公司;热分析仪(D S C),D Z 3 3 2 0 A型,南京大展机电技术研究所;扫描电子显微镜(S EM),J S M-6 3 0 0型,日本电子株式会社;X射线衍射 仪(X R D),D/MA X-R B型,日本理学株式会社;能谱仪(E D S),I N C A x-s i g h t型,英国牛津仪器公司;显微拉曼光谱仪(R a m a n谱),i n V i a系列,上海雷尼绍贸易有限公司;数控雕刻机,6 0 6 0-3 D型,山东松立机械有限公司;精密电子天平,B S M-1 2 0.4型,上海卓精电子科技有限公司。1.2 试验工艺在陶瓷片上钻孔 1.2 mm1.2 mm,在孔内铺设一层N i-C r-B-S i合金粉末,沿轴线将金刚石置于孔中心,再铺设一层N i-C r-B-S i合金粉末将金刚石覆盖。将通有氩气的加热炉升温至1 0 5 0,将陶瓷片放入炉中保温6 0 s,随炉冷却至4 0 0 后取出,在氩气保护下冷却
