激光钎焊金刚石端面砂轮研究

论文摘要

钎焊超硬磨料工具因具有独特的优越性而成为当今超硬磨料工具研究的一个热点。目前,高温钎焊金刚石工具的制备方法主要有真空炉钎焊和高频感应钎焊两种,这两种制备方法各有自己的优势和适用范围,同时也各有自己的不足和工艺局限性。从长远看,在钎焊工具的制作领域,它们都还有进一步完善和发展的空间。本文在借鉴炉中钎焊和高频感应钎焊已取得的研究成果的基础上,提出采用激光作为热源,制作高温钎焊金刚石工具的设想,试图为金刚石钎焊开辟一条新的途径。本文已完成的工作主要包括:（1）通过对热电偶测温的原理和种类的分析,最终确定使用“拆分式”标准热电偶法进行激光钎焊温度的测量。采用正交试验法对激光钎焊温度进行了测量,再通过优化试验得出了钎焊所需温度的激光工艺参数。此项试验的结果对确定激光钎焊的用量组合条件有重要的意义。（2）在完成激光钎焊气体保护装置改进的基础上,采用Ni-Cr合金活性钎料作为连接材料,在氩气保护下,对金刚石磨粒进行激光钎焊试验。试验结果表明:激光线能量密度在244～256J/mm2时,可以得到较好的钎焊质量。采用三维体视显微镜、扫描电镜、EDS能谱仪和X射线衍射仪对钎焊金刚石试样进行形貌观察和理化分析。结果证明,钎焊过程中钎料中的活性元素Cr向金刚石表面扩散、富集,在金刚石表面直接外延生成了扁条状碳化物Cr3C2,金刚石与钎料界面形成了化学冶金结合。（3）成功研制出激光钎焊金刚石端面砂轮,加工性能试验表明,激光钎焊制作的金刚石砂轮在磨削时,磨粒磨损形态变化规律主要以完整晶形—磨耗—棱角破碎—碎裂的方式进行,磨削过程中没有磨粒发生脱落;金刚石磨粒的磨损形态对磨削力有较大的影响,而磨削力的变化加速了磨粒磨损形态的转变。课题研究成果为进一步完善激光钎焊金刚石工具的制造技术提供参考依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状与分析
• 1.2.1 高温钎焊金刚石工具的研究现状与分析
• 1.2.2 激光钎焊工艺的研究现状与分析
• 1.3 本论文完成的主要工作
• 1.3.1 激光钎焊金刚石端面砂轮研制的总体设想
• 1.3.2 本课题主要开展工作
• 第二章 激光钎焊金刚石磨粒的理论基础
• 2.1 高温钎焊的种类及其特点
• 2.2 激光与材料之间的相互作用
• 2.2.1 激光钎焊热传递的基本方式及热传导过程
• 2.2.2 激光与钎料之间的相互作用
• 2.2.3 激光与金刚石类材料的相互作用
• 2.3 影响激光钎焊质量的因素
• 2.3.1 功率密度
• 2.3.2 扫描速度
• 2.3.3 离焦量
• 2.3.4 保护气体流量及等离子体的控制
• 2.3.5 反射率
• 2.3.6 光束质量
• 2.4 本章小结
• 第三章 激光钎焊金刚石磨粒工艺研究
• 3.1 激光钎焊温度的测量
• 3.1.1 测温方法与测温原理
• 3.1.2 激光钎焊温度测量的试验研究
• 3.2 激光钎焊金刚石磨粒的试验研究
• 3.2.1 试验条件与方法
• 3.2.2 试验结果与分析
• 3.3 激光钎焊金刚石磨粒界面微结构分析
• 3.3.1 试验条件及方法
• 3.3.2 Ni-Cr 钎料与钢基体结合界面的分析
• 3.3.3 金刚石磨粒与钎料界面生成物的分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 激光钎焊制作金刚石砂轮及其磨削试验研究
• 4.1 金刚石端面砂轮制作
• 4.2 磨削试验装置及试验方法
• 4.3 金刚石磨粒的磨损形态观察
• 4.3.1 单颗金刚石磨粒磨损形态的变化
• 4.3.2 磨削过程中金刚石磨粒磨损形态的变化
• 4.4 金刚石磨损过程中磨削力变化特征
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文主要的结论和所取得的成果
• 5.2 关于进一步完善激光钎焊工艺的设想
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文