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一种金刚石工具的制备方法与流程

admin 人造钻石 2020年09月21日

  钎焊金刚石工具结合强度高,出刃高度大,耐磨削、耐高温性能好,但由于钎焊温度高,金刚石受热损伤而强度降低,在重负荷磨削过程中,金刚石常发生破碎、断裂,甚至整颗脱落。目前使用的钎料主要有Ni基、Ag基和 Cu基。

  为了改善钎料熔点,研究人员采用Ag-Cu或Cu-Sn低熔点合金作为钎料,钎料对金刚石浸润性良好,金刚石热损伤小,但低熔点合金钎料硬度不高,耐磨削、耐高温性能差,虽是制造金刚石工具的理想钎料,但应用范围受到限制。

  本发明的目的在于提供一种金刚石工具的制备方法,该方法既可以拥有高熔点钎焊金刚石工具的结合强度高、耐磨削、钎料对金刚石润湿性良好等特点,又可以降低钎焊温度,减少金刚石热损伤,提高金刚石工具的性能和寿命。

  S2、在金刚石工具基体的工作面覆上薄膜,薄膜表面设有一组通孔,通孔呈阵列分布;

  S3、以薄膜为模板层,通过电镀工艺将金刚石颗粒电镀于金刚石工具基体的工作面,金刚石颗粒排列于呈阵列的通孔内;

  进一步的,步骤S1所述金刚石工具基体采用45#钢利用机械加工方式进行制备。

  进一步的,步骤S2所述薄膜厚度0.15~0.22mm,通孔直径0.35mm,相邻通孔的间距为1.1mm。

  进一步的,步骤S3所述金刚石颗粒尺寸为250~350μm,金刚石颗粒表面镀有Ti金属层。

  进一步的,步骤S3电镀完金刚石颗粒后,在金刚石颗粒与金刚石工具基体之间形成电镀层,电镀层为Ni-Co二元合金。

  进一步的,步骤S5钎焊时的温度为800~900℃,保温15~20min。

  本发明的有益效果是,通过薄膜作为模板,使金刚石颗粒在钎料中有序排布,既可以拥有高熔点钎焊金刚石工具的结合强度高、耐磨削、钎料对金刚石润湿性良好等特点,又可以降低钎焊温度,减少金刚石热损伤,提高了金刚石工具的性能和寿命;采用镀Ti金刚石可以实现在钎焊时,Ti首先与金刚石中的C形成TiC的化学键合,钎料对金刚石润湿性良好,提高了金刚石的界面结合强度,金刚石有序排布可以避免偏析与积聚,提高工具的工作效率,采用低温钎料可以降低钎焊温度,减少金刚石热损伤,提高了金刚石工具的使用寿命。

  S1、制备金刚石工具基体;可采用45#钢利用机械加工方式进行制备,金刚石工具基体的外形按照实际所需制备的金刚石工具外形,本发明不限制具体外形,制备后先使用砂轮对金刚石工具基体表面进行打磨,去除锈迹和油渍,再利用丙酮在超声波清洗器对金刚石工具基体清洗10min,烘干;

  S2、如图1所示,在金刚石工具基体1的工作面覆上薄膜2,薄膜2表面设有一组通孔3,通孔3呈阵列分布;作为优选的,薄膜2厚度0.15~0.22mm,通孔直径0.35mm,相邻通孔的间距为1.1mm;

  S3、结合图2所示,以薄膜2为模板层,通过电镀工艺将金刚石颗粒4电镀于金刚石工具基体1的工作面,金刚石颗粒4排列于呈阵列的通孔3内;

  金刚石颗粒4尺寸为250~350μm,金刚石颗粒4表面镀有Ti金属层;金刚石颗粒4在电镀前进行表面净化和亲水化处理,可采用碱处理和酸处理相结合的办法来净化金刚石颗粒表面,碱处理用2:1的氢氧化钠溶液,将金刚石置于氢氧化钠溶液中在电炉上煮沸半小时,倒出冷却,用蒸馏水洗至中性,然后用稀硝酸浸泡,再经热水洗、冷水洗步骤彻底清洗干净;

  电镀前,金刚石工具基体1也再次进行表面除油除锈处理,使金刚石工具基体金属内部的新鲜晶格露出,便于电镀液中的金属离子沉积在处于活化状态的金属晶体表面上,主要步骤如下:强酸浸蚀→冷水浸洗 →再冷水洗 →电化学活化 →冷水浸洗→ 再冷水洗 →弱酸浸蚀活化→冷水洗,后带电进入电镀槽进行电流冲击,进行预电镀,冲击电流密度为2.0A/dm2,1min后将电流密度调至1.5A/dm2,保持10min;然后正式电镀金刚石颗粒;电镀完金刚石颗粒后,在金刚石颗粒与金刚石工具基体之间形成电镀层5,电镀层5为Ni-Co二元合金;

  S4、结合图3所示,去除薄膜2,并在金刚石工具基体1的工作面添加钎料6,钎料6采用Cu-Sn合金;

  S5、对金刚石工具基体进行钎焊,钎焊采用真空钎焊法或保护气氛钎焊法,钎焊时的温度为800~900℃,保温15~20min,得到金刚石工具。

  本方法还包括对金刚石工具基体的非工作面进行绝缘处理的步骤,绝缘处理可采用电镀绝缘处理。

  以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制;任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围情况下,都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰,均仍属于本发明技术方案保护的范围内。


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