[發明專利]一次成型多層釬焊金剛石鉆頭

有效

• 申請號: 201010174482.4
• 申請日: 2010-05-18
• 公開（公告）號: CN101862834A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 卜長根
• 申請（專利權）人: 卜長根
• 主分類號: B22F3/14
• 分類號: B22F3/14;B23B51/00;B23K1/00;B23K35/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一次成型多層釬焊金剛石鉆頭的制備方法，主要用于各種地質勘探的金剛石鉆頭、石材和金屬加工用砂輪、磨具、切割片等金剛石工具的制作，利用該方法制作的金剛石鉆頭適用于地質礦產勘探、石材切割加工等領域。

技術背景

通常的金剛石工具可以分為電鍍和燒結兩大類，它們各有所長。但是由于金剛石表面存在較高地表面能，不容易與一般金屬浸潤，使得金剛石顆粒與胎體金屬間的界面上不存在牢固的冶金結合層。金剛石顆粒只是被機械地包埋在胎體中，胎體對金剛石顆粒的把持力較小，極易因胎體磨損而使金剛石脫落，利用率不高；另一方面，由于金剛石顆粒是機械包埋，故其出露的高度較小，切削效率不高。

新一代的金剛石工具多為利用釬焊工藝的單層金剛石工具，它利用高溫釬料使得釬料在金剛石顆粒、胎體金屬之間發生擴散、冶金反應，從而得到富含碳化物的過度層，提高了胎體對金剛石顆粒的把持力，改善磨粒與釬料、胎體間的結合強度。在實際運用中，隨著金剛石顆粒磨損失效，工具也就失效了，存在金剛石工具壽命較短的問題。

為了解決這些問題，我們提供了一種多層釬焊的金剛石鉆頭制作方法。既利用釬焊金屬粉末與金剛石界面的反應，在金剛石磨粒與釬焊合金之間實現冶金結合，存在較高地結合強度，從而在鉆進過程中，金剛石鉆頭具有較高的出刃量，較大的容屑空間，提高了金剛石的利用率；同時又借鑒燒結金剛石鉆頭的制作工藝，形成釬焊磨粒在工作層內均勻分布，隨著上一層金剛石的磨損失效，后層釬焊金剛石不斷出刃，顯著的提高了孕鑲釬焊金剛石鉆頭的壽命。

發明內容

本發明的目的是提供一次成型多層釬焊金剛石鉆頭的制作方法，利用該方法制作的金剛石鉆頭具有金剛石顆粒與胎體的結合強度高，金剛石顆粒的出刃高，鉆進效率顯著，壽命較長的特點。

本發明的技術方案大致如下：通過一定量的釬料粉末(圖1中的2)與金剛石顆粒(圖1中的1)，按金剛石濃度的要求分別稱取，再加入適量乙醇、少量粘結粉末充分混合，直至均勻；將混合均勻的物料裝模，合上鉆頭鋼體；然后，或在熱壓感應燒結爐中、或在氣氛保護釬焊爐中、或在真空爐中，經釬焊工藝一次成型；最后，經保溫、冷卻、脫模，機加工至鉆頭尺寸即可。

在上述的技術方案中，關鍵在于利用釬焊工藝一次成型的過程。

多層釬焊金剛石鉆頭的一次成型過程的如下所述：

1.按照所制作的工具的金剛石濃度，分別稱量所需的金剛石顆粒與釬焊金屬粉末。該釬料粉末中主要含有Ni和Cr等元素，其中Cr易于在金剛石表面形成碳化物的過渡層(圖2中的3)，這種過渡層能與金剛石磨粒之間形成良好的冶金結合。

2.向稱取的金剛石顆粒與釬焊粉末中，加入少量的金屬粉末和適量的乙醇液體攪拌混合，使之混合均勻，得到金剛石與釬料的混合物料。

3.將混合物料裝模，合上鉆頭鋼體(圖3中的4)，準備送入爐中釬焊。

4.送入熱壓感應燒結設備中、或真空釬焊設備、或有氣氛保護的爐中，加熱升溫，直至達到970-1050℃的釬焊溫度，然后在此溫度下保溫5-10分鐘，之后隨爐冷卻即可得到鉆頭的毛坯。

最后按鉆頭的外形要求，機加工各部分的尺寸至圖紙要求即可。

通過本發明方法制作的金剛石鉆頭具有金剛石磨粒與胎體的結合強度高，金剛石磨粒的出刃高(圖4)，金剛石鉆頭的時效快、壽命長的特點，并且與傳統工藝過程銜接，無需增加額外的釬焊設備，經濟高效。

附圖說明：

圖1.釬焊前金剛石顆粒與胎體的示意圖

圖2.釬焊后金剛石顆粒與胎體、及其過渡層的示意圖

圖3.金剛石鉆頭工作部分的結構示意圖

圖4.金剛石顆粒的出刃形貌圖

具體實施方案：

制作36mm實驗用單管地質鉆頭

(1)、按75％的金剛石濃度，分別稱取30-40目的金剛石顆粒和釬焊金屬粉末；加入適量的乙醇和少量金屬銅、銀等，充分混合均勻，得到金剛石與釬焊粉末的混合物料；裝填物料；再稱取少量釬焊粉末作為非工作層，裝入模具，合上鋼體。

(2)將合模后的石墨模具和鋼體，一起送入熱壓燒結設備中，加熱至970-1050℃的溫度，保溫釬焊5-10分鐘，根據需要控制冷卻速度。

(3)冷卻后的鉆頭毛坯，經脫模、機加工至鉆頭的尺寸即可。

通過實驗室對該鉆頭的鉆進實驗說明用該種一次成型的釬焊工藝制作的金剛石鉆頭具有金剛石出刃高，鉆進速度快，磨損均勻，金剛石磨粒更新平穩，達到了高效鉆進的目的。

制作75mm地質鉆頭