首页 > 专利 > 苏州科技大学 > 高频感应加热超声振动辅助单层金刚石钎焊砂轮制备方法专利详情

高频感应加热超声振动辅助单层金刚石钎焊砂轮制备方法 0 0

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申请进展

基本信息

申请人信息

代理人信息

摘要

法律状态

权利要求

说明书

专利申请流程有哪些步骤？

申请

申请号：指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。

申请日：提出专利申请之日。

2016-01-11

申请公布

申请公布指发明专利申请经初步审查合格后，自申请日（或优先权日）起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。

申请公布号：专利申请过程中，在尚未取得专利授权之前，国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。

申请公布日：申请公开的日期，即在专利公报上予以公开的日期。

2016-04-20

授权

授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由，授予发明专利权；或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由，授予实用新型专利权或外观设计专利权。

2017-10-27

预估到期

发明专利权的期限为二十年，实用新型专利权期限为十年，外观设计专利权期限为十五年，均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。

2036-01-11

基本信息

有效性	有效专利	专利类型	发明专利
申请号	CN201610014653.4	申请日	2016-01-11
公开/公告号	CN105414800B	公开/公告日	2017-10-27
授权日	2017-10-27	预估到期日	2036-01-11
申请年	2016年	公开/公告年	2017年
缴费截止日
分类号	B23K35/30 、B23K1/002 、B23K1/06 、B24D5/02	主分类号	B23K35/30
是否联合申请	独立申请	文献类型号	B
独权数量	1	从权数量	1
权利要求数量	2	非专利引证数量	0
引用专利数量	8	被引证专利数量	0
非专利引证
引用专利	CN1597219A、CN103394783A、KR20030012348A、CN102974910A、CN101032773A、CN1597255A、CN1411945A、JP特开平9-19867A	被引证专利
专利权维持	2	专利申请国编码	CN
专利事件		事务标签	公开、实质审查、授权

申请人信息

申请人	苏州科技大学	第一申请人	苏州科技大学
专利权人	苏州科技大学	当前专利权人	苏州科技大学
发明人	卢金斌、殷振、齐文春、李华、王志新、马明星、曹自洋、齐芳娟	第一发明人	卢金斌
地址	江苏省苏州市高新区科锐路1号	邮编
申请人数量	1	发明人数量	8
申请人所在省	江苏省	申请人所在市	江苏省苏州市

代理人信息

代理机构

专利代理机构是经省专利管理局审核，国家知识产权局批准设立，可以接受委托人的委托，在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。

代理人

专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务，取得一定资格的人。

摘要

本发明提供一种高频感应加热超声振动辅助单层金刚石钎焊砂轮制备方法，包括以下步骤：首先制作砂轮基体和钎料，然后布置钎料和金刚石磨粒，最后超声波辅助高频感应加热钎焊制作钎焊单层金刚石砂轮。采用Cu、Sn、Cr、Ni单质金属粉混合制成以Cr为活性元素的Cu基钎料，钎料成分比例容易调控，金刚石磨粒焊后表面形成了一薄层碳化物，实现了金刚石与钢基体的化学冶金结合。本发明用于生产砂轮，具有金刚石磨粒的热损伤小、钎料制作成本低的优点。采用超声波辅助可以实现单质金属粉在钎焊过程中的均匀合金化，降低钎料的熔点。

摘要附图

法律状态

序号	法律状态公告日	法律状态	法律状态信息
1	2017-10-27	授权
2	2016-12-21	著录事项变更	申请人由苏州科技学院变更为苏州科技大学地址由215009 江苏省苏州市高新区科锐路1号变更为215009 江苏省苏州市高新区科锐路1号
3	2016-04-20	实质审查的生效	IPC(主分类): B23K 35/30 专利申请号: 201610014653.4 申请日: 2016.01.11
4	2016-03-23	公开

权利要求

权利要求书是申请文件最核心的部分，是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。

1.高频感应加热超声振动辅助单层金刚石钎焊砂轮制备方法，单层金刚石砂轮由金刚石磨粒与砂轮基体在保护气氛下高频感应加热钎料实现钎焊而成，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：
步骤一、选择砂轮基体材料并采用机械加工的方法制备砂轮基体，对砂轮基体除油除锈；
步骤二、钎料制作：将Cu、Sn、Ni、Cr单质金属粉末按重量百分比为：Cu：60 80%；Sn：5~ ~
15%；Cr：1 10%；Ni：5 15%混均制成钎料，其中Cu、Sn、Ni、Cr单质金属粉纯度不小于99.9%；
~ ~
步骤三、钎料浆液制作：将钎料与压敏胶以1:2.3 2.8重量比例混合均匀制成钎料浆~
液；
步骤四、金刚石磨粒的粒度为120 450微米，用刷子将钎料浆液均匀涂覆固定在砂轮基~
体表面，钎料浆液厚度为金刚石磨粒平均粒径的95-125％；
步骤五、以砂轮基体为底层、中层为钎料浆液、最上层为金刚石磨粒的顺序制作工具成型毛坯；
步骤六、超声波辅助钎焊：采用高频感应加热的方式加热至钎料熔化，钎焊温度为980~
1040℃，保持5 60秒；熔化的同时采用超声波进行辅助钎焊，冷却后金刚石磨粒钎焊固定于~
砂轮基体表面即为单层金刚石砂轮的成品；即在砂轮基体上安置超声波换能器；在高频感应线圈对金刚石砂轮基体的工作表面加热至钎料开始融化时，超声波换能器启动，砂轮基体随超声换能器一起振动，进行超声振动辅助高频感应加热钎焊，对单层金刚石工具进行超声振动辅助钎焊0.1 50s，完成超声波辅助；其中超声波换能器的输出功率为0.2 2kW，超~ ~
声波换能器工作频率为20 100kHz，超声波换能器输出振幅为1-30μm；设置保护气罩对加热~
的砂轮、金刚石、钎料进行保护；保护气罩与惰性气体源连接，惰性气体采用Ar或N2。

2.根据权利要求1所述的高频感应加热超声振动辅助单层金刚石钎焊砂轮制备方法，其特征在于：所述的高频感应加热的方式，其高频感应电源功率在1 5kW之间，其高频感应~
电流的工作频率550kHz-2MHz之间，高频感应加热电流10-15A之间。

说明书

技术领域

[0001] 本发明属于金刚石工具制作领域，尤其涉及钎焊单层金刚石工具的制造技术。

背景技术

[0002] 目前，在加工硬脆材料方面多采用金刚石工具，其中钎焊单层金刚石工具具有结合强度高、磨料出露高、利于环境保护、磨料有效利用率高、寿命长等优异特性，有着广泛的应用。此外，钎焊工具表面的磨粒较易实现有序排布，大幅提高了工具效率。因此，钎焊金刚石工具被认为是电镀工具的最佳替代产品。

[0003] 钎焊多采用含有活性元素（如Cr、Ti、V、W）的Ni、Ag、Cu基合金化钎料，合金化钎料具有成分均匀、熔点较低等优点，但钎焊单层金刚石工具多采用粉状钎料，粉状合金化钎料的制备需要首先熔炼然后雾化，在制造过程中需要高的保护气氛，因此不仅制作成本高，而且存在成分不易调控的缺点。

[0004] Ni-Cr-B-Si系钎料具有硬度高、耐磨性好等特点，是当前超硬材料制品行业钎焊金刚石工具应用最广泛的钎料。该钎料钎焊温度较高，其中的Ni是一种促进金刚石石墨化的元素，具有较高的强度和硬度，因此钎焊过程的高温易导致金刚石石墨化，焊后金刚石残余应力较大，最终导致金刚石较大的热损伤。另外，该类工具在切割和磨削花岗岩、石材、陶瓷等硬脆材料时，Ni-Cr基钎料磨损较慢，使得工具发生钝化，即自锐性差，影响工作效率。因此如果采用Cu-Sn-Ti活性钎料进行钎焊具有金刚石热损伤小、制造的工具磨粒易实时出露的优点，但该钎料在对某些硬脆材料高效加工时耐磨性不足。金刚石磨粒钎焊时多采用粉状钎料，并且钎料中通常需要含有一定的活性元素，合金化钎料虽然熔点较低，但钎料的熔炼过程需要高的真空度，而后续还需要在惰性气氛或真空中雾化制作成粉状钎料，此外，合金化钎料存在Ti成分调控不方便的缺点。所以，如果采用单质粉不仅可以降低成本，而且成分调控方便。

[0005] 超声波辅助钎焊可以实现单质金属粉在加热熔化后均匀混合，免去钎料冶炼合金化的复杂工艺，有利于金刚石的润湿。另外，超声波在液态钎料中传播时产生的声空化效能够破坏、去除金刚石表面的杂质和钢基体表面的氧化膜，还能冲刷固体表面，提高表面的清洁度，从而促进液态钎料与母材基体的润湿结合。

发明内容

[0006] 本发明的目的是降低钎料制作成本，直接采用单质金属粉混合制成活性元素为Cr的Cu基钎料进行钎焊，具有金刚石热损伤小，与以Ti为活性元素的钎料相比，钎焊过程中真空度要求较低。

[0007] 为了降低钎焊温度以减少金刚石的热损伤，采用Cu基钎料是方法之一，但通常Cu基钎料多采用Cu、Sn、Ti经高温熔炼再合金化雾化制成粉，具有制作成本高、钎焊真空度要求高的缺点，所以采用Cr作为活性元素，替代Ti元素，但由于Cr在Cu基钎料中的溶解度太低，当Cr含量较高时，钎料容易分层或形成假合金，又在钎料中添加适量的Ni元素，因为Cu、Ni无限互溶，并且Cr在Ni中的溶解度较高，从而增加Cr在钎料中的溶解度。同时，为降低钎料熔点，在Cu基钎料中添加适量的Sn。最终钎料的成分选择为Cu、Ni、Sn、Cr。为进一步降低钎料制作成本，本发明选择Cu、Ni、Sn、Cr单质金属粉作为钎料。

[0008] 采用具有升温速度快、加热集中的高频感应加热对砂轮基体、钎料、金刚石进行加热，降低了基体在钎焊过程中的热变形量，缩短了金刚石砂轮的制作周期，为克服单质金属粉在高温熔化过程中成分不均匀的缺点，选择采用超声波辅助钎焊的方法。

[0009] 为了解决上述问题，本发明提供了一种高频感应加热超声振动辅助单层金刚石钎焊砂轮的制备方法，包括以下步骤。

[0010] （1）采用机加工的方法制备所需要金刚石砂轮的基体，对砂轮基体除油除锈。

[0011] （2）采用纯度超过质量比99.9%的Cu、Ni、Cr、Sn单质金属粉，其重量百分比的组成：Cu60 80%；Sn5 15%；Cr1 10%；Ni5 15%，将其按重量比例进行混合制成钎料。
~ ~ ~ ~

[0012] （3）将钎料与压敏胶以1∶2.3 2.8重量比例混合均匀制成钎料浆液。~

[0013] （4）涂覆：金刚石磨粒的粒度为120 450微米，用刷子将钎料浆液均匀涂覆固定在~砂轮钢基体表面，钎料浆液厚度为金刚石磨粒平均粒径的95-125％。

[0014] （5）以砂轮基体为底层、中层为钎料浆液、最上层为金刚石磨粒的顺序制作工具成型毛坯。

[0015] （6）采用高频感应加热的方式加热至钎料熔化，其中感应电源的功率在1 5kW，感~应电流的工作频率550kHz-2MHz之间，感应加热电流10-15A 之间，钎焊温度为980 1040℃，~
保持5 60秒，熔化的同时采用超声波进行辅助钎焊，冷却后金刚石磨料钎焊固定于砂轮基~
体表面即为单层金刚石砂轮成品。超声波辅助钎焊装置，在高频感应线圈对金刚石砂轮基体的工作表面加热至钎料开始融化时，超声波换能器启动，砂轮基体随超声换能器一起振动，进行超声振动辅助高频感应加热钎焊，对单层金刚石工具进行超声振动辅助钎焊0.1~
50s，完成超声波辅助。超声波换能器的输出功率为0.2 2kW，超声波换能器工作频率为20~ ~
100kHz，超声波换能器输出振幅为1-30μm。另外，需要设置有保护气罩对加热的砂轮、金刚石、钎料进行保护，该气体保护罩与惰性气体源连接，惰性气体采用Ar或N2。

实施方案

[0016] 实施例1

[0017] （1）采用机加工的方法制备所需要金刚石砂轮的基体，砂轮基体选择45钢，制作直径为100mm的砂轮基体，对其除油除锈。

[0018] （2）采用纯度超过质量比99.9%的Cu、Ni、Cr、Sn单质金属粉，其重量百分比的组成：Cu80%；Sn5%；Cr6%；Ni9%，将其按重量比例进行混合制成钎料。

[0019] （3）将钎料与压敏胶以1∶2.4重量比例混合均匀制成钎料浆液。

[0020] （4）涂覆：金刚石磨粒粒度为300 350μm，用刷子将钎料浆液均匀涂覆固定在砂轮~钢基体表面，钎料浆液厚度为金刚石磨粒平均粒径的95％。

[0021] （5）以金刚石砂轮金属基体为底层、中层为钎料浆液、最上层为金刚石磨粒的顺序制作工具成型毛坯。

[0022] （6）采用高频感应加热的方式加热至钎料熔化，其中高频感应电源的功率在1.5kW，高频感应电流的工作频率1.5MHz之间，高频感应加热电流12.5 13A之间，钎焊温度~
1030℃，保持30秒。熔化的同时采用超声波进行辅助钎焊，冷却后金刚石磨粒钎焊固定于砂轮基体表面即为成品。超声波辅助钎焊装置，在高频感应线圈对金刚石砂轮基体的工作表面加热至钎料开始融化时，超声波换能器启动，砂轮基体随超声换能器一起振动，进行超声振动辅助高频感应加热钎焊，另外，需要设置有保护气罩；该气体保护罩与惰性气体源连接，惰性气体采用N2气；在砂轮基体上安置超声波换能器，超声波换能器连接有超声波发生器；超声波换能器的输出功率为1.2kW，超声波换能器工作频率为80kHz、超声波换能器输出振幅为25μm、对单层金刚石工具进行超声钎焊15s，完成超声波辅助高频感应加热钎焊。

[0023] 结果表明，该砂轮的金刚石磨粒表面形成了一薄层连续片状的碳化物，钎料组织均匀，对金刚石的把持强度高，金刚石热损伤小。

[0024] 实施例2

[0025] （1）采用机加工的方法制备所需要金刚石砂轮的基体，其直径为300mm，砂轮基体选择65Mn钢，对其除油除锈。

[0026] （2）采用纯度超过质量比99.9%的Cu、Ni、Cr、Sn单质金属粉，其重量百分比的组成：Cu70%；Sn10%、Cr5%、Ni15%，将其按重量比例进行混合制成钎料。

[0027] （3）将钎料与压敏胶以1∶2.8重量比例混合均匀制成钎料浆液。

[0028] （4）涂覆：金刚石磨粒粒度为140 180μm，用刷子将钎料浆液均匀涂覆固定在砂轮~钢基体表面，钎料浆液厚度为金刚石磨粒平均粒径的100％。

[0029] （5）以金刚石砂轮金属基体为底层、中层为钎料浆液、最上层为金刚石磨粒的顺序制作工具成型毛坯。

[0030] （6）采用高频感应加热的方式加热至钎料熔化，其中高频感应电源的功率在5kW，高频感应电流的工作频率1.2MHz之间，高频感应加热电流10 11A之间，钎焊温度1020℃，保~持6秒。熔化的同时采用超声波进行辅助钎焊，冷却后金刚石磨粒钎焊固定于砂轮基体表面即为成品。超声波辅助钎焊装置，在高频感应线圈对金刚石砂轮基体的工作表面加热至钎料开始融化时，超声波换能器启动，砂轮基体随超声换能器一起振动，进行超声振动辅助高频感应加热钎焊，另外，需要设置有保护气罩；该气体保护罩与惰性气体源连接，惰性气体采用Ar气；在砂轮基体上安置超声波换能器，超声波换能器连接有超声波发生器；超声波换能器的输出功率为0.2kW，超声波换能器工作频率为60kHz、超声波换能器输出振幅为25μm、对单层金刚石工具进行超声辅助5s，完成超声波辅助高频感应加热钎焊。

[0031] 结果表明，该砂轮的金刚石磨粒表面形成了一薄层连续片状的碳化物，钎料组织均匀，对金刚石的把持强度高，金刚石热损伤小。

[0032] 实施例3

[0033] （1）采用机加工的方法制备所需要金刚石砂轮的基体，选择Q235钢作为基体材料，制作直径为120mm的砂轮基体，对其除油除锈。

[0034] （2）采用纯度超过质量比99.9%的Cu、Ni、Cr、Sn单质金属粉，其重量百分比的组成：Cu75%；Sn15%；Cr3%；Ni7%，将其按重量比例进行混合制成钎料。

[0035] （3）将钎料与压敏胶以1∶2.6重量比例混合均匀制成钎料浆液。

[0036] （4）涂覆：金刚石磨粒粒度为380 420μm，用刷子将钎料浆液均匀涂覆固定在砂轮~钢基体表面，钎料浆液厚度为金刚石磨粒平均粒径的95％。

[0037] （5）以金刚石砂轮金属基体为底层、中层为钎料浆液、最上层为金刚石磨粒的顺序制作工具成型毛坯。

[0038] （6）采用高频感应加热的方式加热至钎料熔化，其中高频感应电源的功率在1kW，高频感应电流的工作800kHz之间，高频感应加热电流14.5 15A 之间，钎焊温度1000℃，保~持60秒。熔化的同时采用超声波进行辅助钎焊，冷却后金刚石磨粒钎焊固定于砂轮基体表面即为成品。超声波辅助钎焊装置，在高频感应线圈对金刚石砂轮基体的工作表面加热至钎料开始融化时，超声波换能器启动，砂轮基体随超声换能器一起振动，进行超声振动辅助高频感应加热钎焊，另外，需要设置有保护气罩；该气体保护罩与惰性气体源连接，惰性气体采用Ar气；在砂轮基体上安置超声波换能器，超声波换能器连接有超声波发生器；超声波换能器的输出功率为2kW，超声波换能器工作频率为20kHz、超声波换能器输出振幅为1μm、对单层金刚石工具进行超声钎焊25s，完成超声波辅助高频感应加热钎焊。

[0039] 结果表明，该砂轮的金刚石磨粒表面形成了一薄层连续片状的碳化物，经检测该碳化物为Cr7C3，钎料组织均匀，对金刚石的把持强度高，金刚石热损伤小。