[發(fā)明專利]自蔓延反應(yīng)制備金剛石刀頭的方法及金剛石刀頭

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710230448.6
• 申請日: 2017-04-10
• 公開（公告）號: CN108687350B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邱瑜銘;董書山
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇鋒泰工具有限公司
• 主分類號: B22F3/23
• 分類號: B22F3/23;B22F5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種自蔓延反應(yīng)制備金剛石刀頭的方法及金剛石刀頭，屬于金剛石工具的技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所述的自蔓延反應(yīng)制備金剛石刀頭的方法，其將金屬結(jié)合劑與金剛石混合均勻、冷壓得到刀頭坯料后經(jīng)自由燒結(jié)而成，其特征在于：所述金屬結(jié)合劑中包括由鐵粉和鋁粉經(jīng)冷態(tài)混合球磨得到的鋁熱反應(yīng)粉，并且所述鋁熱反應(yīng)粉中還含有氧化亞鐵粉；還涉及由上述方法制備得到的金剛石刀頭。本發(fā)明采用在加熱燒結(jié)過程中可自蔓延放熱的冷態(tài)球磨鋁鐵合金粉，無需加壓燒結(jié)即可得到孔隙率小于10％且把持力高的金剛石刀頭，而且由于可在隧道爐內(nèi)無壓致密燒結(jié)，與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的方法顯著提高了生產(chǎn)效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金剛石工具的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種自蔓延反應(yīng)制備金剛石刀頭的方法。

背景技術(shù)

在現(xiàn)有技術(shù)中，焊接類金屬結(jié)合劑超硬材料制品刀頭均采用粉末冶金生產(chǎn)工藝制備，其方法是將金屬粉末與金剛石磨粒混合均勻，然后冷壓成型、熱壓/無壓燒結(jié)。冷壓成型坯體通常采用兩種燒結(jié)生產(chǎn)工藝：最普遍的是將坯體在熱壓燒結(jié)機上組裝于石墨模具中加壓燒結(jié)；另外一種是將坯體置于具有還原氣氛的連續(xù)式隧道爐或鐘罩爐中自由燒結(jié)。這兩種生產(chǎn)方式所需能量完全由外部設(shè)備提供，刀頭性能受原材料及工藝參數(shù)的變化影響極大，尤其是鋒利度的調(diào)控難度較大。熱壓燒結(jié)工藝胎體對金剛石的把持力強，壽命長，但鋒利度受限，且能耗高，效率低。在隧道爐或鐘罩爐中自由式燒結(jié)的能耗低，效率非常高，但燒結(jié)坯體在無壓條件下的致密度及其對金剛石的把持力有限，切割過程中金剛石易脫落失效，這是金剛石制品無壓燒結(jié)工藝所普遍存在的技術(shù)難題，也是無壓燒結(jié)難以推廣應(yīng)用的障礙瓶頸，因而未能在行業(yè)中普遍應(yīng)用。

為了提高生產(chǎn)效率并提高金剛石刀頭的產(chǎn)品質(zhì)量，引進新的燒結(jié)機制開發(fā)新的材料體系，增強胎體對金剛石的收縮固結(jié)把持力，是金剛石制品無壓燒結(jié)技術(shù)的迫切需求。中國發(fā)明專利申請公布CN101342686A公開了一種自蔓延高溫制備金剛石模塊的方法，其利用TiCo或TiNi的自蔓延反應(yīng)來提高與鍍鎳的金剛石刀頭之間的把持力，但該方法采用的是稀缺且價高的Ti、 Co和Ni粉，為了保證把持力還要預先對金剛石進行鍍鎳處理，從而導致成本高，難以推廣應(yīng)用。中國發(fā)明專利申請公布CN103521774A公開了一種自蔓延制備金剛石節(jié)塊工具的方法，其中采用40～70％的Ni、10～30％的Al、5～20％的Cr、5～25％的Ti、0～5％的Co、0.5～1％的稀土Ce合金作為結(jié)合劑，其中利用了Ni和Al的自蔓延反應(yīng)并利用元素Cr和Ti元素在金剛石表面形成 Cr-C、Ti-C等化學冶金結(jié)合來提高胎體與金剛石的把持力，其中Ni、Cr、Ti等成本高，而且其中反應(yīng)迅速容易導致過多的孔隙，從而導致其切削性能差，切削使用壽命較低。由于Al和 Fe與金剛石的親和力較差，采用常規(guī)的鋁和鐵的鋁熱反應(yīng)方法制備的金剛石刀頭其把持力差，尤其是應(yīng)用于金剛石切削刀頭的使用壽命僅有常規(guī)熱壓方法的1/3～1/5，因而被認為無實際應(yīng)用和使用價值。

發(fā)明內(nèi)容

為了降低成本、提高生產(chǎn)效率并克服現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)難題，本發(fā)明的提供了一種自蔓延反應(yīng)制備金剛石刀頭的方法及金剛石刀頭。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種自蔓延反應(yīng)制備金剛石刀頭的方法，其將金屬結(jié)合劑與金剛石混合均勻、冷壓得到刀頭坯料后經(jīng)自由燒結(jié)而成，其特征在于：所述金屬結(jié)合劑中包括由鐵粉和鋁粉經(jīng)冷態(tài)混合球磨得到的鋁熱反應(yīng)粉，并且所述鋁熱反應(yīng)粉中還含有氧化亞鐵粉。

其中，所述金屬結(jié)合劑中鋁熱反應(yīng)粉的重量百分比為10～65wt％，優(yōu)選為20～60wt％，更優(yōu)選為25～55wt％。

其中，所述金屬結(jié)合劑包括10～65wt％的鋁熱反應(yīng)粉，和余量的選自Fe、Cu、Sn和Ni 中的至少一種組分。

其中，所述鋁熱反應(yīng)粉中鐵粉和氧化亞鐵粉中的Fe元素和鋁粉中的Al元素的摩爾比為 3～5∶1。

其中，所述鋁熱反應(yīng)粉在-100℃以下的低溫環(huán)境下混合球磨得到。