[發明專利]銅基粉末燒結金剛石復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 200910117440.4
• 申請日: 2009-09-02
• 公開（公告）號: CN101780543A
• 公開（公告）日: 2010-07-21
• 發明（設計）人: 李文生;路陽;李蕊;王智平;李國全;袁柯祥;馮力;肖榮振
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;C22C9/06;C22C1/10;C22C1/05;B22F3/16
• 代理公司: 蘭州振華專利代理有限責任公司 62102
• 代理人: 董斌

技術領域

本發明涉及石材及玻璃切削加工工具材料，具體是銅基粉末燒結金剛石復合材料及其制備方法。

背景技術

金剛石鋸片是陶瓷、水晶、玻璃、石英、寶石、硬質合金、半導體、磁性材料等加工業的重要工具，目前金剛石鋸片的基體材料普遍采用酚醛樹脂。樹脂鋸片抗彎強度、硬度、沖擊韌性低、孔隙率高，與金剛石潤濕性差，金剛石脫落度較大，致使金剛石的利用率較低。近來，新發展的銅鐵基粉末燒結金剛石復合材料在水冷卻條件下鋸切時腐蝕產物多，對產品及加工現場污染嚴重。

發明內容

本發明的目的是制備導熱、耐磨、耐腐蝕性良好的銅基粉末燒結金剛石復合鋸片基體材料，提高鋸片抗彎強度、硬度、沖擊韌性和耐腐蝕性，降低孔隙率，提高金剛石利用率。

本發明是銅基粉末燒結金剛石復合材料及其制備方法，按重量百分比計量銅基粉末基體材料的組分為：Cu?58.00～63.00％，Ni?15.50～18.50％，Co14.00～18.00％，Fe?2.00～5.00％，Cr?1.50～3.50％，Sn?1.50～3.50％，其它雜質≤1％；金剛石粉末按以上基體材料總重量的3.60～5.10％配料。

銅基粉末燒結金剛石復合材料制備方法，按上述銅基粉末基體材料的組分和金剛石粉末組分進行配料，在轉速為200r/min、球料比為5∶1的工況下進行球磨混料，時間持續20分鐘，按產品重量要求稱料、裝入壓模中用壓力機壓制成型，然后在真空感應燒結壓機中用石墨模具加壓，壓力范圍為2～3.5Mpa，燒結成成形材料，燒結溫度為650～840℃，保溫6～12分鐘。

本發明的有益效果為：Cu、Ni、Sn是燒結基體主要組元，起支撐作用，決定材料的硬度、強度等機械性能。燒結過程中Sn和Cu、Ni相互擴散，形成α固溶體，材料的硬度有所加強；Sn和Cu、Ni極易相互擴散，并且隨著Sn含量的增加，固溶度增大，材料的硬度增加；當Cu的含量大于55％時，Cu基燒結體的組織形成大量的能填孔隙的輕質金屬—富銅ε相，材料的硬度得到提高；Ni、Fe、Cr在燒結過程中形成了Fe₇Ni₃、CrFe₄、FeCrNi等金屬間化合物，對燒結基體起到了彌散強硬化的作用；Co顆粒的強度和硬度都高于基體合金，因此均勻分布于基體中的Co顆粒能夠起到顆粒強化的作用。金剛石主要起切割作用，金剛石與基體材料中的其它成分不起任何化學反應，但能被基體金屬Cu、Ni潤濕。銅鐵基粉末燒結金剛石復合材料的硬度HB≥160，性能穩定。

具體實施方式

實施例1：

按重量百分比計算，本發明的組分(括號內為使用粉末的粒度目數)為：Cu?63.00％(+220)，Co?14.00％(+250)，Ni?18.00％(+250)，Fe?2.00％(+200)，Cr?1.50％(+220)，Sn?1.50％(+220)。金剛石按以上基體材料總重量的3.63％配料，粒度選用+140目。按上述的復合材料組分及粉末粒度進行按比例配料，在轉速為200r/min、球料比為5∶1的工況下進行球磨混料，時間持續20分鐘，按產品重量要求稱料、裝入壓模中用壓力機壓制成型，然后在真空感應燒結壓機中用石墨模具加壓到2.5MPa，燒結成成形材料。燒結溫度為820℃，保溫時間為6分鐘。燒結成形的銅基粉末燒結金剛石復合材料鋸片可用于陶瓷、水晶、玻璃、石英、寶石、硬質合金、半導體、磁性材料等鋸切。

實施例2：

按重量百分比計算，本發明的組分(括號內為使用粉末的粒度目數)為：Cu?58.00％(+180)，Co?18.00％(+300)，Ni?16.00％(+300)，Fe?5.00％(+150)，Cr?1.50％(+180)，Sn?1.50％(+180)。金剛石按以上基體材料總重量的5.10％配料，粒度選用+100目。按上述的復合材料組分及粉末粒度進行按比例配料，在轉速為200r/min、球料比為5∶1的工況下進行球磨混料，時間持續20分鐘，按產品重量要求稱料、裝入壓模中用壓力機壓制成型，然后在真空感應燒結壓機中用石墨模具加壓到3.0MPa，燒結成成形材料。燒結溫度為790℃，保溫時間為8分鐘。燒結成形的銅基粉末燒結金剛石復合材料鋸片可用于陶瓷、水晶、玻璃、石英、寶石、硬質合金、半導體、磁性材料等鋸切。

實施例3：

按重量百分比計算，本發明的組分(括號內為使用粉末的粒度目數)為：Cu?60.00％(+220)，Co?15.50％(+300)，Ni?17.00％(+300)，Fe?3.00％(+200)，Cr?2.50％(+220)，Sn?2.00％(+180)。金剛石按以上基體材料總重量的4.10％配料，粒度選用+140目。按上述的復合材料組分及粉末粒度進行按比例配料，在轉速為200r/min、球料比為5∶1的工況下進行球磨混料，時間持續20分鐘，按產品重量要求稱料、裝入壓模中用壓力機壓制成型，然后在真空感應燒結壓機中用石墨模具加壓到3.5MPa，燒結成成形材料。燒結溫度為670℃，保溫時間為12分鐘。燒結成形的銅基粉末燒結金剛石復合材料鋸片可用于陶瓷、水晶、玻璃、石英、寶石、硬質合金、半導體、磁性材料等鋸切。