你知道如何在钢丝上电镀钻石吗?有什么设备和原材料要用吗?
烧结金属结合剂砂轮多由青铜等金属经高温烧结制成。它们具有较高的结合强度、良好的成型性、耐高温、良好的导热性和耐磨性,使用寿命长,并能承受较大的载荷。由于砂轮烧结过程中不可避免的收缩变形,使用前需要对砂轮进行整形,但砂轮的修整难度较大。目前常用的砂轮双辊修整法不仅费时费力,而且修整过程中金刚石颗粒脱落,修整砂轮本身消耗大,修整精度低。
近年来,各国学者相继开展了用特殊加工方法修整金属结合剂金刚石砂轮的研究工作,主要包括电解修整法和电火花修整法。电解修整法速度快,但整形精度不高;电火花修整法精度高,可用于整形和刃磨,但整形速度慢。复合修整方法包括电解电火花复合修整法、机械化学复合修整法等。修整效果好,但系统复杂,烧结金刚石砂轮的修整问题一直没有得到很好的解决。
另外,由于砂轮制造工艺决定了其表面形貌是随机的,每个磨粒的几何形状、分布和刃口高度都不一致,磨削时只有少数较高的刃口切入工件,限制了磨削质量和磨削效率的进一步提高。
2电镀金刚石砂轮
电镀金刚石砂轮的优点:
①电镀工艺简单,投资少,制造方便;
(2)无需修整,使用方便;
③单层结构决定了它可以达到很高的工作速度,已经达到250,300 m/
④钻石虽然只有单层,但依然有足够的寿命;
⑤对于精度要求高的滚子砂轮,电镀是唯一的制造方法。
由于这些优点,电镀砂轮的高速和超高速磨削占据了无可争议的主导地位。电镀金刚石砂轮存在一些缺陷:被覆金属与胎体和磨料之间没有牢固的化学冶金结合,磨料实际上只是与被覆金属机械嵌在一起,因此夹持力小,金刚石颗粒负载重,在高效磨削中容易脱落(或镀层成片脱落),导致整体失效;为了增加保持力,有必要增加涂层的厚度。导致磨粒暴露高度处的切屑空间减小,砂轮容易堵塞,散热效果差,工件表面容易烧伤。目前国内电镀砂轮的最佳形貌还没有按照加工前提的要求进行优化,单层电镀金刚石砂轮的这些固有缺点将极大地限制其高效磨削应用。
单层钎焊金刚石砂轮
为了充分发挥金刚石的作用,应尽量增加结合剂对金刚石的握持力,提高砂轮的结合强度。单层高温钎焊超硬砂轮可以克服电镀砂轮的缺点,实现金刚石结合剂与金属基体的化学冶金结合,结合强度高。只有保持粘结层厚度在磨料高度的20%至30%,才能使高负荷高速高效磨削牢固地夹持住磨粒,使钎焊砂轮磨粒露出高度达到70%至80%,从而增加容屑空间,使砂轮不易堵塞,充分利用磨料。
在与电镀砂轮相同加工的前提下,单层高温钎焊超硬砂轮的磨削力、功率损耗和磨削温度更低,意味着可以达到更高的工作速度,对于300500m/以上的超高速磨削具有特殊意义。单层高温钎焊无涂层金刚石砂轮与Cr银基钎料单层钎焊砂轮采用高频感应钎焊方法,以CrA g-Cu合金为钎料,780℃空气钎焊,自然冷却,可实现金刚石与钢基体的牢固连接。X射线能谱和X射线衍射分析表明,Cr与金刚石和钢基体之间形成了cr3c 2(FexCriC通过有无Cr钎料的对比实验得到证实,是合金层与金刚石和钢基体之间达到高结合强度的主要因素,磨削实验证明金刚石确实具有高的握持强度。
该工艺具有钎焊温度低、对金刚石损伤小的优点。缺点:银基钎料熔点低,高温耐磨性差,限制了高效重载磨削的应用。
镍铬合金单层钎焊砂轮外来金刚石钎焊技术:首先在氧乙炔炬的钢基体上火焰喷涂一层镍铬合金,可作为钎料直接钎焊金刚石磨粒,然后在1080℃氩气感应钎焊30分钟。
在火焰喷涂合金层过程中,由于钢基体表面易被氧化,钎焊后难以有效控制粘结层厚度的一致性和磨料排列的均匀性。
吴志彬等人将金刚石磨粒直接排列在镍铬合金片或粉末上,用陶瓷块压制金刚石磨粒,然后在真空高频感应机上钎焊30,钎焊温度为1080℃;或者在氩气保护下在辐射加热炉中钎焊,并适当控制钎焊温度、保温时间和冷却速度。
扫描电镜X射线能谱和X射线衍射结构分析表明,在钎焊过程中,镍铬合金中的铬元素析出,在金刚石表面形成富铬层,富铬层与金刚石表面元素反应生成Cr3C2Cr7C3合金层,合金层与金刚石浸润良好,并与钢基体反应生成碳化亚铁。因此,这种钎焊工艺可以确保合金层、金刚石和钢基体之间的高结合强度。
重载磨削实验证明,金刚石磨损正常,无整颗金刚石脱落。该工艺优点:镍铬合金本身强度高,钎焊后可获得比银基合金更高的结合强度;镍铬合金熔点高,在高温下具有良好的耐磨切削性能。但它仍有一定的局限性,因为较高的钎焊温度(1080℃)容易对金刚石造成热损伤,降低其强度。真空钎焊或氩气保护钎焊可以最大限度地减少金刚石的热损伤和氧化。
马楚凡等人选用NiCr13P9合金作为活性钎料,并添加少量Cr粉,在真空炉中加压加热至950℃进行钎焊,研制出牙科用单层高温钎焊金刚石砂轮。
扫描电镜观察显示,金刚石周围包裹着银白色的合金,X射线衍射分析证明Cr3C2的诞生,正是这种碳化物层实现了金刚石与钢基体的高结合强度。磨削实验也证明金刚石确实具有较高的握持强度,单层高温钎焊金刚石砂轮的寿命和磨削效率较电镀砂轮有了显著提高。
单层高温钎焊涂层金刚石砂轮热稳定性差,800℃就会发生石墨化,较高的钎焊温度必然会对金刚石造成热损伤,降低其强度。同时,结合剂中的有害元素会使金刚石腐蚀和石墨化,所以钎焊前可在金刚石表面镀一层活性金属及其合金。超硬磨料电镀技术主要包括化学气相沉积、离子镀、热蒸发镀、真空微蒸发镀等。
化学气相沉积铬和真空微蒸发钛可以有效地改善金刚石的表面功能。在钎焊过程中,借助涂层,更容易实现金刚石与结合剂之间的强冶金和化学结合,由于涂层对热空气和氧气的阻隔作用,大大降低了金刚石表面碳原子与氧气的反应速度。同时,涂层中的强碳化物形成元素与金刚石表面的碳原子反应生成碳化物,阻断了金刚石表面的悬挂键,增加了抗氧化反应能力,从而抑制了金刚石本身的石墨化过程被结合剂FeCoNi等元素侵蚀,使钎焊后的磨料仍能保持原有的强度晶型。
5ming钎焊时,在钢基体上预镀一层Ni-P合金(熔点880℃),然后将镀好的金刚石放在合金层上,在1050℃氩气中钎焊合金层5分钟,然后冷却至室温。磨削试验表明,由于涂覆金刚石与结合剂良好的润湿性,有效地防止了磨粒的脱落,大大改善了砂轮的磨削功能,大大提高了砂轮的加工效率。
但需要指出的是,由于镀膜金刚石与结合剂的适应性问题,只有合适的结合剂工艺才能使镀膜金刚石达到最佳的物理机械性能。单层高温钎焊砂轮存在的问题及对策虽然国内外在单层高温钎焊砂轮的研究中取得了较好的实验结果,但其制造技术还有待进一步提高。目前面临的主要问题是:首先,采用什么钎焊工艺可以在金刚石结合界面上产生结合强度高的化学冶金结合;粘合剂层的适当厚度和均匀性控制;三种磨料排列公平有序。为了提高金刚石与钎料的结合强度,在关键的钎焊过程中金刚石钎料与金属基体之间可以发生化学冶金结合,因此合金钎料中应含有强碳化物形成元素(如TiCrV等。)并尽量在较低的温度下钎焊,以尽量减少对金刚石的损伤。
开发合理的钎焊合金配方和单层钎焊砂轮应首先解决这个问题。在钎焊砂轮的工业化生产过程中,必须严格控制结合层的厚度和均匀性。钎焊前,金属基体表面应进行氧化膜处理,金刚石钎料应脱脂去污。焊料含有强碳化物形成元素,添加适当的BSi可以降低焊料的熔点并改善焊料的润湿性。粉末焊料用于真空(或惰性气体保护)下的钎焊。
钎焊前磨料的有序排列对提高钎焊后结合剂层的厚度均匀性也非常重要。磨料在砂轮工作面上的公平有序排列一直是磨料行业追求的目标,有望在单层超硬砂轮上实现。
在钎焊砂轮的研制过程中,首先根据加工前提的要求优化砂轮的最佳形貌,然后根据优化结果使研制的钎焊砂轮的磨削性能达到更高的水平。模板上加工有规则排列孔,孔的孔径与金刚石磨粒的直径相当,孔的深度为金刚石高度的70%,按孔排列的金刚石合金焊料的厚度约为熔化后金刚石高度的30%。利用孔模板实现的钎焊工艺,既能保证磨粒有序排列(轮廓良好),又能保证金刚石70%的露出高度。但其工业化生产和推广应用还有待进一步研究。