[發明專利]一種銅基金剛石胎體復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201210568183.8
• 申請日: 2012-12-24
• 公開（公告）號: CN103898344A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 張敬國;張少明;汪禮敏;張景懷
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院;有研粉末新材料（北京）有限公司
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04;C22C9/02;C22C9/00;B22F1/00;B22F7/06
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 薄觀玖

技術領域

本發明特別涉及的一種銅基金剛石胎體復合材料的制備方法，屬于金剛石材料制備加工方法技術領域。

背景技術

近年來，我國金剛石和金剛石工具工業有了飛躍的發展，從數量的飛躍并開始了從質量上的提升。為提高金剛石工具的使用壽命和性能，金剛石業界研究的重點和關鍵技術是如何加強合金胎體材料對金剛石的冶金結合力，改善金剛石胎體對金剛石的浸潤性。

上世紀七十年代，研究發現在銅、銀等低熔點釬焊合金中添加了適量強碳化物形成元素，如Ti、Cr等之后，該合金對金剛石的浸潤性有了顯著的改善，其浸潤角均可少于45度，合金成分調配合適時，其浸潤角甚至可以達到0度，這種合金可以實現對金剛石冶金焊接。其機理是：當添加了適量強碳化物形成元素（Ti、Cr）于銅、銀合金之后，在釬焊溫度下，溶液中Ti、Cr元素優先與由碳原子構成的金剛石表面產生界面反應，生成相應的碳化物（TiC、Cr₂C₃）牢固地附著在金剛石表面上，合金溶液通過對界面生成碳化物的浸潤和焊接（粘結）而實現對金剛石的浸潤和焊接（粘結）。已經證實常用的十種強碳化物的形成元素Ti、Zr、Cr、V、Ta、Nb、Ha、W、Mo、Si，對金剛石均有類似的界面反應生成碳化物，均在不同程度上改善了釬焊銅、銀合金對金剛石浸潤和焊接（粘結）。

將這種焊接機理應用于金剛石工具：金剛石拉絲模、金剛石刀頭及孕鑲式金剛石工具生產制造上，由于實現了對金剛石的冶金焊接（粘結），增強合金基體（胎體）對金剛石的嵌鑲與粘結力，顯著提高了金剛石工具的壽命。

縱觀國內外強碳化物形成元素對金剛石結合力方面的研究和應用，主要包括“金剛石表面金屬化和包覆技術”，“改善金剛石胎體材料與金剛石界面浸潤和粘結技術”。

“金剛石表面金屬化和包覆技術”普遍采用真空微蒸方法在金剛石顆粒表面鍍鈦，使金剛石與鍍層之間形成了金屬碳化物鍍層結構，鍍層與金剛石發生了鍵合，而在表面層為純金屬鈦，鍍鈦層與金剛石結合力大于140?MPa，這種結構使金剛石脫離率降低，出刃高度增加，且避免有害雜質影響金剛石性能。但這種鍍鈦技術對制造設備和原材料要求高，影響質量不穩定因素多，成熟技術掌握在一兩個研究所和學校，且成本高；而且金屬鈦和胎體材料的結合工藝溫度偏高。

“改善金剛石胎體材料與金剛石界面浸潤和粘結技術”是對金剛石胎體材料的設計，提高燒結后的金剛石界面和胎體材料的浸潤性。主要方法有：強碳化物形成元素與主體材料混合法、霧化法。混合法制作工藝簡單，但存在以下問題：各元素粉末松裝比重相差較大，成份不均勻，容易產生制品成份偏析，影響工具質量穩定性。霧化法生產的胎體粉末由于每個粉末顆粒都包含組成合金的各種金屬元素，成份均勻性相當好。由于霧化粉末共熔點較合金中單元素熔點要低得多，因此燒結溫度低。因此霧化法生產的預合金粉末在金剛石工具胎體材料中得到了應用。由于含強碳化物形成元素，如：Ti、Cr等，屬于活性金屬，采用水霧化大氣中生產，損耗很大，如：銅80%錫13%鈦7%合金粉采用水霧化生產，金屬損耗率10%~20%，從社會和經濟效益考慮，都是不經濟的。另外，含強碳化物形成元素的合金粉可以采用真空氬氣霧化來生產，但粉末呈球形或近球形，松裝比重大，壓制成形很差，尤其是對最近發展起來的金剛石工具刀頭冷壓生產工藝無法使用。

發明內容

針對現有技術不足，本發明提供了一種銅基金剛石胎體復合材料的制備方法。

一種銅基金剛石胎體復合材料的制備方法，其具體步驟如下：

（1）將電解銅板和純鈦按比例真空熔煉成銅鈦中間合金，其中銅和鈦的質量比為（0.9:1）~（1.1:1）；

（2）將步驟（1）所制備的銅鈦中間合金，利用氬氣保護高能球磨的方法制備成超細銅鈦合金粉末，所述其它超細粉末為鎳粉或鋅粉；

（3）將步驟（2）所制備的超細銅鈦合金粉末，與銅粉、超細錫粉和其它超細粉末，按比例混合，其中銅元素的質量分數為70%~80%，錫元素的質量分數為5%~15%，鈦元素的質量分數為5%~20%，其它元素的質量分數為0%~10%；在純氫燒結爐內燒結后，冷卻再破碎，得到混合粉末；

（4）將步驟（3）所制備的混合粉末，通過篩分、合批包裝工序，制備出含強碳化物形成元素Ti的銅基金剛石胎體復合材料。

步驟（2）中所述超細銅鈦合金粉末的中位徑D50為1?μm~5?μm。

步驟（3）中所述銅粉粒度為200目以細，超細錫粉或其它超細粉末的中位徑為1?μm~5?μm。