钎焊及扩散焊在金刚石工具制造中的发展

李胜男; 龙伟民; 贾连辉; 张雷; 黄国钦; 宋晓国; 金李梅

doi:10.7512/j.issn.1001-2303.2022.08.03

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专辑

钎焊及扩散焊在金刚石工具制造中的发展
Development of Brazing and Diffusion Bonding in Manufacturing Diamond Tools
2022年52卷第8期页码：20-28
收稿：2022-01-31，

纸质出版：2022-08-25
DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.08.03
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李胜男，龙伟民，贾连辉，等.钎焊及扩散焊在金刚石工具制造中的发展［J］.电焊机，2022，52（8）：20-28. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.08.03.

LI Shengnan, LONG Weimin, JIA Lianhui, et al.Development of Brazing and Diffusion Bonding in Manufacturing Diamond Tools[J].Electric Welding Machine, 2022, 52(8): 20-28. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.08.03.

摘要

金刚石工具因其优异的高硬、耐磨等特性，被广泛应用于加工制造业。介绍了金刚石工具的优良性能、应用领域、金刚石工具的分类及制备方法，分析和对比了不同制备方法的优缺点。重点介绍金刚石工具的钎焊、扩散焊制备方法，从焊接工艺、焊接设备、焊接材料等方面概述了国内外金刚石工具的钎焊、扩散焊的研究进展，总结扩散焊、钎焊技术提高金刚石工具性能的机理，分析当前金刚石工具焊接存在的问题，并展望了金刚石工具钎焊、扩散焊技术未来的发展方向。

Abstract

Diamond tools are widely used in manufacturing industry because of their excellent properties of high hardness and good wear resistance. In this paper

the excellent properties

application fields

classification and manufacture methods of diamond tools are introduced. The advantages and disadvantages of different preparation methods were analyzed and compared. The brazing and diffusion bonding method of diamond tools are introduced emphatically. The overseas and domestic research status of brazed and diffusion bonded diamond tools are summarized in terms of joining technologies

equipment and filler materials. The mechanism of improving joined diamond tool’s performance is summarized. The existing problems of welded diamond tools are analyzed

and the development direction of brazed and diffusion bonded diamond tools in the future is prospected.

关键词

Keywords

references

杨占尧 . 金刚石含量对钎料耐磨性的影响［J］. 热加工工艺， 2019 ， 48 （ 03 ）： 226 - 228 .

YANG Zhanyao . Effect of Diamond Content on Abrasive Resistance of Brazing Filler Metal ［J］. Hot Working Technology ， 2019 ， 48 （ 03 ）： 226 - 228 .

李时春，周振红，伍俏平，等 . 激光钎焊制备金属结合剂金刚石砂轮研究进展［J］. 兵器材料科学与工程， 2019 ， 42 （ 02 ）： 105 - 114 .

LI Shichun ， ZHOU Zhenhong ， WU Qiaoping ， et al . Research progress in preparation of metal-bonded diam-o-nd grinding wheel by laser brazing ［J］. Ordnance Material Science and Engineering ， 2019 ， 42 （ 02 ）： 105 - 114 .

邓朝晖，言佳颖，伍俏平，等 . 金刚石钎焊技术研究进展及其展望［J］. 热加工工艺， 2015 ， 44 （ 7 ）： 10 - 13 .

DENG Chaohui ， YAN Jiaying ， WU Qiaoping ， et al . Recent Advances and Future Perspectives in Brazed Diamond Technique ［J］. Hot Working Technology ， 2015 ， 44 （ 7 ）： 10 - 13 .

周玉海，秦哲，王成勇 . 金刚石刀具性能及其应用研究［J］. 机械设计与制造， 2009 （ 6 ）： 158 - 160 .

ZHOU Yuhai ， QIN Zhe ， WANG Chengyong . Study on performance and application of diamond tools ［J］. Machinery Design & Manufacture ， 2009 （ 6 ）： 158 - 160 .

聂鹏，康晓峰，王明海 . 金刚石工具的性能、应用研究与进展［J］. 沈阳航空航天大学学报， 2011 （ 03 ）： 60 - 65 .

NIE Peng ， KANG Xiaofeng ， WANG Minghai . Research on property and application of diamond tools and its development ［J］. Journal of Shenyang Aerospace University ， 2011 （ 03 ）： 60 - 65 .

T. Yamazaki ， A. Suzumura . Reaction products at brazed interface between Ag-Cu-V filler metal and diamond ［J］. Journal of materials science ， 2006 ， 41 （ 19 ）： 6409 - 6416 .

U. E. Klotz ， C. Liu ， F. A. Khalid ， et al . Influence of brazing parameters and alloy composition on interface morphology of brazed diamond ［J］. Materials Science and Engineering： A ， 2008 ， 495 （ 1 ）： 265 - 270 .

J. T. Lowder ， E. M. Tausch . Method of manufacturing diamond abrasive tools ［P］. American Patents ， 3894673 ， 1975-07-15 .

E. D. Kizikov ， I. A. Lavrinenko . Investigation of Cu-Sn-Ti alloys for bonding diamond abrasive tools ［J］. Metal Sciences & sheat Treatment ， 1975 ， 17 （ 1 ）： 61 - 65 .

轩庆庆，龙伟民，张航海，等 . 钎焊单层金刚石磨具的研究进展［J］. 电焊机， 2017 ， 47 （ 03 ）： 22 - 26 .

XUAN Qingqing ， LONG Weimin ， ZHANG Hanghai ， et al . Research progress of brazed monolayer diamond abrasive tools ［J］. Electric Welding Machine ， 2017 ， 47 （ 03 ）： 22 - 26 .

冯胜强，杨立军，刘照伟，等 . 金刚石的钎焊工艺［J］. 焊接技术， 2005 （ 03 ）： 26 - 28 .

FENG Shengqiang ， YANG Lijun ， LIU Zhaowei ， et al . Brazing technology of diamond ［J］. Welding Technology ， 2005 （ 03 ）： 26 - 28 .

龙伟民，高雅，何鹏，等 . 钎焊技术在金刚石工具中的应用［J］. 焊接， 2017 （ 04 ）： 10 - 16 .

LONG Weimin ， GAO Ya ， HE Peng ， et al . Application of brazing technology to diamond tools manufacturing ［J］. Welding & Joining ， 2017 （ 04 ）： 10 - 16 .

郭佳杰，陈世隐，黄国钦 . 脉冲激光钎焊金刚石工艺研究［J］. 超硬材料工程， 2016 ， 28 （ 03 ）： 7 - 10 .

GUO Jiajie ， CHEN Shiyin ， HUANG Guoqin . Study of the Technology of Pulsed Laser Brazing of Diamond ［J］. Superhard Material Engineering ， 2016 ， 28 （ 3 ）： 7 - 10 .

张旺玺，梁宝岩，卢金斌，等 . 超硬材料包覆新技术研究综述［J］. 超硬材料工程， 2019 ， 31 （ 05 ）： 41 - 48 .

ZHANG Wangxi ， LIANG Baoyan ， LU Jinbin ， et al . Review on the novel technology of coating superhard materials ［J］. Superhard Material Engineering ， 2019 ， 31 （ 05 ）： 41 - 48 .

D. Egan ， J. A. Engels . The use of coated diamonds in diamond impregnated tools ［J］. Industrial Diamond Review ， 2004 （ 4 ）： 34 - 38 .

K. Greene ， D. Egan ， S. Kelly ， et al . Metal coatings on synthetic diamond and their application areas ［J］. Industrial Diamond Review ， 2006 （ 1 ）： 57 - 65 .

章文姣，孔祥清，曲艳东 . 钎焊金刚石工具研究进展［J］. 科技导报， 2015 （ 12 ）： 110 - 115 .

ZHANG Wenjiao ， KONG Xiangqing ， QU Yandong . Progress in studies of brazed diamond tools ［J］. Science & Technology Review ， 2015 （ 12 ）： 110 - 115 .

R. C. Wiand . Brazing of Diamond ［P］. US Patent B 24D3/00D ， 4776862 ， 1988-10-11 .

A. K. Chattopadhyay ， L. Chollet ， H. E. Hintermann . Experimental investigation on induction brazing of diamond with Ni-Cr hardfacing alloy under Argon atmosphere ［J］. Journal of Materials Science ， 1991 ， 26 ： 5093 - 5100 .

A. K. Chattopadhyay ， L. Chollet ， H. E. Hintermann . Induction brazing of diamond with Ni-Cr hardfacing alloy under argon atmosphere ［J］. Surface & Coatings Technology ， 1991 ， 45 （ 1 ）： 293 - 298 .

林增栋 . 钎焊法制造金刚石单层工具的研究［J］. 金刚石与磨料磨具工程， 2004 ， 141 （ 3 ）： 1 - 5 .

LIN Zengdong . Manufacturing Technology of Brazed Single-Layer Diamond Tools ［J］. Diamond & Abrasives Engineering ， 2004 ， 141 （ 3 ）： 1 - 5 .

肖冰，徐鸿钧，武志斌，等 . Ni-Cr合金真空钎焊单层金刚石砂轮［J］. 焊接学报， 2001 ， 22 （ 2 ）： 23 - 26 .

XIAO Bing ， XU Hongjun ， WU Zhibin ， et al . Furnace Brazing of Diamond Grinding Wheel with Ni-Cr Alloy under Vacuum Atmosphere ［J］. Transactions of The China Welding Institution ， 2001 ， 22 （ 2 ）： 23 - 26 .

姚正军，徐鸿钧，肖冰，等 . Ni-Cr合金Ar气保护炉中钎焊金刚石砂轮的研究［J］. 中国机械工程， 2001 ， 12 （ 8 ）： 956 - 958 .

YAO Zhengjun ， XU Hongjun ， XIAO Bing ， et al . Research on Furnace Brazing of Diamond Grinding Wheel with Ni-Cr Alloy under Argon Atmosphere ［J］. China Mechanical Engineering ， 2001 ， 12 （ 8 ）： 956 - 958 .

孙宝军，肖冰，王波 . 氨分解气氛保护下钎焊金刚石界面微观组织分析［J］. 焊接学报， 2017 ， 38 （ 09 ）： 87- 90，133.

SUN Baojun ， XIAO Bing ， WANG Bo . Interfacial microstructure of brazed diamond grits under ammonia dissociating protective atmosphere ［J］. Transactions of the China Welding Institution ， 2017 ， 38 （ 09 ）： 87 - 90，133 .

马伯江，张绍昆，朱华东，等 . 局部感应钎焊金刚石锯片的研究［J］. 焊接， 2015 （ 12 ）： 35 - 38，71 .

MA Bojiang ， ZHANG Shaokun ， ZHU Huadong ， et al . Study on high-performance diamond saw brazed by local induction ［J］. Welding & Joining ， 2015 （ 12 ）： 35 - 38，71 .

B Xiao ， H J Xu ， Y C Fu ， et al . Form and distribution characterization of reaction products at the brazing interface between Ni-Cr alloy and diamond ［J］. Key Engineering Materials ， 2004 ， 259-260 ： 151 - 153 .

卢金斌，徐九华，徐鸿钧，等 . Ni-Cr合金真空钎焊金刚石界面微结构分析［J］. 机械科学与技术， 2004 ， 23 （ 7 ）： 832 - 833 .

LU Jinbin ， XU Jiuhua ， XU Hongjun ， et al . On the Microstructure of the Interface Between Ni-Cr Filler and Diamond ［J］. Mechanical Science and Technology ， 2004 ， 23 （ 7 ）： 832 - 833 .

卢金斌，孟普，樊平，等 . Ni-Cr合金保护气氛钎焊金刚石界面Cr 7 C 3 的形核与长大［J］. 焊接学报， 2012 ， 33 （ 09 ）： 65 - 68，116 .

LU Jinbin ， MENG Pu ， FAN Ping ， et al . Nucleation and growth of Cr 7 C 3 at interface of brazed diamond with Ni-Cr alloy under protective atmosphere ［J］. Transactions of the China Welding Institution ， 2012 ， 33 （ 09 ）： 65 - 68，116 .

F. A. Khalid ， U. E. Klotz ， H. R. Elsener ， et al . On the interfacial nanostructure of brazed diamond grits ［J］. Scripta Materialia ， 2004 ， 50 ： 1139 - 1143 .

S. Buhl ， C. Leinenbach ， R. Spolenak . Microstructure， residual stresses and shear strength of diamod-steel-joints brazed with a Cu-Sn-based active filler alloy ［J］. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials ， 2002 ， 30 （ 1 ）： 16 - 24 .

W. C. Li ， S. T. Lin ， C. Liang . Interfacial segregation of Ti in the brazing of diamond grits onto a steel substrate using a Cu-Sn-Ti brazing alloy ［J］. Metallurgical and Materials Transaction A ， 2002 ， 33 （ 7 ）： 2163 - 2172 .

W. C. Li ， C. Liang ， S. T. Lin . Epitaxial interface of nanocrystalline TiC formed between Cu-10Sn-15Ti alloy and diamond ［J］. Diamond and Related Materials ， 2002 . 11 ： 1366 - 1373 .

S. F. Huang ， H. L. Tsai ， S. T. Lin . Effects of brazing route and brazing alloy on the interfacial structure between diamond and bonding matrix ［J］. Material Chemistry and Physics ， 2004 ， 84 （ 2 ）： 251 - 258 .

孟卫如，徐可为，杨吉军，等 . 金刚石工具真空钎焊钎料的适应性［J］. 焊接学报， 2004 ， 25 （ 1 ）： 80 - 82 .

MENG Weiru ， XU Kewei ， YANG Jijun ， et al . Adaptability of brazing filling metal used for monolayer diamond tools with vacuum furnace brazing ［J］. Transactions of the China Welding Institution ， 2004 ， 25 （ 1 ）： 80 - 82 .

J. T. Lowder ， R. F. Wielonski ， K. Georage . Method of making monolayer abrasive tools ［P］. US Patent B 23K35/32 ， 5492771 ， 1996-02-20 .

U. E. Klotz ， F. A. Khalid ， H. R. Elsener . Nanocrystalline phases and epitaxial interface reactions during brazing of diamond grits with silver based Incusil-ABA alloy ［J］. Diamond and Related Materials ， 2006 ， 15 ： 1520 - 1524 .

伍俏平，罗舟，瞿为，等 . 超硬磨料工具钎焊用钎料研究现状及展望［J］. 兵器材料科学与工程， 2017 ， 40 （ 01 ）： 102 - 107 .

WU Qiaoping ， LOU Zhou ， QU Wei ， et al . Status and prospects of brazing filler metals for super-abrasive tools ［J］. Ordnance Material Science and Engineering ， 2017 ， 40 （ 01 ）： 102 - 107 .

关砚聪，陈玉全，姚德明 . Ag-Cu-Ti钎料钎焊单晶金刚石磨粒的研究［J］. 金刚石与磨料磨具工程， 2005 ， 147 （ 3 ）： 23 - 25 .

GUAN Yancong ， CHEN Yuquan ， YAO Deming . Study on Soldering Single-Crystal Diamond Abrasive With Ag-Cu-Ti Solder ［J］. Diamond & Abrasives Engineering ， 2005 ， 147 （ 3 ）： 23 - 25 .

钟建平，王明智，王艳辉 . 复合镀钛-镍金刚石的钎焊工艺［J］. 金刚石与磨料磨具工程， 2001 ， 125 （ 5 ）： 31 - 32 .

ZHONG Jianping ， WANG Mingzhi ， WANG Yanhui . Welding Technology of Ti-Ni Compound Coated Diamond ［J］. Diamond & Abrasives Engineering ， 2001 ， 125 （ 5 ）： 31 - 32 .

孙凤莲，冯吉才，刘会杰，等 . Ag-Cu-Ti钎料中Ti元素在金刚石界面的特征［J］. 中国有色金属学报， 2001 ， 11 （ 1 ）： 103 - 106 .

SUN Fenglian ， FENG Jicai ， LIU Huijie ， et al . Characteristic of Ti in Ag-Cu-Ti filler in brazed joint of diamond ［J］. The Chinese Journal of Nonferrous Metals ， 2001 ， 11 （ 1 ）： 103 - 106 .

卢金斌，许九华 . Ag-Cu-Ti 钎料钎焊金刚石的界面微观组织分析［J］. 焊接学报， 2007 ， 28 （ 8 ）： 29 - 32 .

LU Jinbin ， XU Jiuhua . Microstructure of interface between Ag-Cu-Ti brazing filler metal and diamond ［J］. Transactions of the China Welding Institution ， 2007 ， 28 （ 8 ）： 29 - 32 .

龙伟民，乔培新，李涛，等 . PCD用钎料及钎焊工艺的研究［J］. 金刚石与磨料磨具工程， 2002 ， 130 （ 4 ）： 27 - 29 .

LONG Weimin ， QIAO Peixin ， LI Tao ， et al . Research on the Brazing Alloy and Brazing Technology for PCD ［J］. Diamond & Abrasives Engineering ， 2002 ， 130 （ 4 ）： 27 - 29 .

王丽卿，吴占海，郭佳 . 钎焊金刚石工具性能影响因素研究［J］. 机械工程师， 2010 （ 07 ）： 42 - 45 .

WANG Liqin ， WU Zhanhai ， GUO Jia . Study on Impact on the Performance Factors of Brazed Diamond Tools ［J］. Mechanical Engineer ， 2010 （ 07 ）： 42 - 45 .

A H Tan ， Y C Cheng . Wear-corrosion Properties of Diamond Conditioners in CMP Slurry ［J］. Wear ， 2007 ， 262 ： 693 - 698 .

武志斌，徐鸿钧，肖冰，等 . 钎焊单层金刚石砂轮的实验研究［J］. 中国机械工程， 2001 ， 12 （ 12 ）： 1423 - 1424 .

WU Zhibin ， XU Hongjun ， XIAO Bing ， et al . Experimental Research of Brazing Monolayer Diamond Grinding Wheel ［J］. China Mechanical Engineering ， 2001 ， 12 （ 12 ）： 1423 - 1424 .

邹贵生，吴爱萍，高守传，等 . Ag-Cu-Ti活性钎料真空钎焊钨、石墨与铜的研究［J］. 新技术新工艺， 2002 （ 6 ）： 40 - 42 .

ZOU Guisheng ， WU Aiping ， GAO Shouchuan ， et al . A Study on the Brazing in Vacuum of Tungsten and Graphite to Copper with Ag-Cu-Ti Active Filler Metal ［J］. New Technology & New Process ， 2002 （ 6 ）： 40 - 42 .

袁洁，赵宁，南俊马，等 . CuMn基含Ti预合金钎焊金刚石的结合界面分析［J］. 焊接学报， 2007 （ 6 ）： 69 - 72 .

YUAN Jie ， ZHAO Ning ， NAN Junma ， et al . Bonding interface of containing-Ti prealloy based CuMn and diamond grit via brazing ［J］. Transactions of the China Welding Institution ， 2007 （ 6 ）： 69 - 72 .

C. F. Huff ， J. L. Jellison ， S. G. Varnado ， et al . Bonding technique attaches stratapax to drill bits ［J］. Oil & Gas Journal ， 1979 ， 77 （ 8 ）： 111 - 114 .

S. G. Varnado ， C. F. Huff ， P. Yarrington . Studies aim at optimum design for PDC hard-formation bits ［J］. World Oil ， 1980 ， 190 （ 4 ）： 63 - 67 .

邱慧中，薛淡之，辛绍文 . 聚晶金刚石复合片焊接研究［J］. 珠宝科技， 2003 ， 48 （ 15 ）： 13 - 17 .

Qiu H Z ， Xue D Z ， Xin S W . Welding Reserch of Composite-Pieces of Polycrystalline Diamond ［J］. Jewellery Science and Technology ， 2003 ， 48 （ 15 ）： 13 - 17 .

刘洁，姚小飞，梅雨清，等 . 真空扩散焊焊接PDC钻头的可行性［J］. 机械工程与自动化， 2008 （ 4 ）： 79 - 80，87 .

Liu J ， Yao X F ， Mei Y Q ， et al . Feasibility of PDC Aiguille Vacuum Diffusion Bonding ［J］. Mechanical Engineering & Automation ， 2008 （ 4 ）： 79 - 80，87 .

孙凤莲，陈捷，张杰，等 . 金刚石厚膜与硬质合金的连接［J］. 焊接学报， 1999 ， 20 （ 1 ）： 43 - 47 .

Sun F L ， Chen J ， Zhang J ， et al . Bonding of Diamond Thick Films/Cemented Carbide ［J］. Transactions of The China Welding Institution ， 1999 ， 20 （ 1 ）： 43 - 47 .

乔培新，龙伟民，钟素娟，等 . 预合金粉末与金刚石的扩散连接［A］. 第十一次全国焊接会议论文集（第1册）［C］. 2005 .