[發明專利]一種用于鐵基結合劑的復合鍍覆金剛石磨粒

在審

• 申請號: 201710824897.3
• 申請日: 2017-09-14
• 公開（公告）號: CN107760262A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 肖長江;竇志強;栗正新
• 申請（專利權）人: 河南工業大學
• 主分類號: C09K3/14
• 分類號: C09K3/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明專利涉及機械加工領域，尤其是一種用于鐵基結合劑的復合鍍覆金剛石磨粒。

背景技術

具有超硬度、超高熱導率的金剛石是用于石材加工、地質勘探等的理想磨料。但由于具有共價鍵結構的金剛石與一般的金屬之間有很高的界面能，因此，一般金屬結合劑與金剛石磨料之間較難形成化學結合，而是以機構鑲嵌作用為主，使結合劑對金剛石沒有足夠的把持力，在使用過程中金剛石磨粒容易脫落、流失，不但縮短了金剛石工具的使用壽命，而且影響加工效率。在金剛石金屬制品制造中，由于鐵基金屬結合劑會對金剛石產生強烈腐蝕，目前金屬結合劑主要采用成本較高的銅基或鈷基結合劑，使用鐵基結合劑替代銅基或鈷基金屬結合劑，將對金剛石金屬制品的成本降低具有積極意義。金剛石表面鍍覆能夠有效改善金剛石與金屬結合劑之間的界面結合，保護金剛石不被鐵基金屬寢室，使用鍍覆金剛石磨粒是提高金剛石燒結制品性能、降低成本的有效方法。

金剛石表面鍍覆的材料可以是金屬、陶瓷或多層復合材料，這些材料大體上可以分為三類：一類是石墨化元素，包括Fe、Ni、Co等鐵系金屬元素，這些元素能夠使金剛石在熱壓過程中提前發生石墨化嚴重侵蝕金剛石，不利于熱壓燒結的金剛石；第二類是碳化物形成元素，主要有Ti、V、Cr、Mo、Nb、W等過渡族金屬元素，這些元素能夠在一定條件下和金剛石表面的碳原子發生反應形成碳化物膜，使得鍍層與金剛石可以實現化學結合，具有較好的結合強度；第三類是不與金剛石反應的金屬元素和對應的化合物，例如Cu、Sn、Zn等低熔點元素及合金以及氧化鋁、二氧化硅等陶瓷材料。

目前國內外已經通過使用真空物理氣相沉積技術、鹽浴鍍技術、粉末覆蓋燒結鍍技術、化學鍍技術、電鍍技術、溶膠凝膠技術、真空微蒸發技術等在金剛石表面鍍覆單一的鍍層或多層的復合鍍層。其中鍍覆金剛石中使用量較大的鍍層是單層釩或單層鎳，鍍鎳層具有良好的導熱性、導電性，可以做到較厚的厚度，表面能夠做出粗糙結構，提高結合劑對金剛石的機械把持力，此外還能夠提高金剛石磨粒銷售利潤，但在高溫燒結過程中會對金剛石產生侵蝕，促進其表面石墨化，使工具性能下降，因此鍍鎳金剛石目前廣泛應用于樹脂結合劑和電鍍金屬結合劑。鍍鈦層能夠在高溫下和金剛石之間形成化學結合，同時能夠防止金剛石表面被其他元素侵蝕，但鍍層較薄，且對鐵基金屬的結合性能不夠好。

針對如上問題，專利CN205258613公開了一種鐵基胎體用金剛石復合結構，其結構由三層組成，最靠近金剛石的鍍層為鎢鍍層、鎢鍍層外為鈷鍍層、最外層為鐵鍍層，此專利技術可以避免金剛石被鐵基結合劑侵蝕，使金剛石和各個鍍層之間均不產生明顯界面，提高結合劑對金剛石的把持力。專利CN1786274A公開了一種金剛石表面鍍鈦鍍鎳鍍銅復合結構及制造方法，采用真空微蒸發法在金剛石表面鍍鈦，在鍍鈦層表面鍍鎳刺，鎳刺表面化學鍍銅，此方法可以提高金剛石磨具的出刃高度，延長使用壽命。但現有公開技術在使用過程中還存在許多不足，例如鎳刺可能會在高溫燒結過程中消失，使對金剛石把持力提升不明顯，鈦鍍層過薄對金剛石保護效果不好等，因此都不能獲得良好的使用效果。

發明內容

本發明的目的是改進現有金剛石磨粒容易被鐵基金屬侵蝕，且金剛石磨粒表面光滑導致把持力差、出刃高度低的缺點，提供一種用于鐵基結合劑的復合鍍覆金剛石磨粒。

為例實現上述目的，本發明通過如下技術方案予以實現。

一種用于鐵基結合劑的復合鍍覆金剛石磨粒，它由金剛石、碳化釩層、釩層、納米碳化硅顆粒、鎳層組成，其特征在于金剛石表面鍍覆釩層、釩層和金剛石表面之間形成碳化釩層，釩鍍層外表面鍍覆嵌有碳化硅顆粒的鎳層。優選的金剛石顆粒粒徑在40μm以上，碳化硅顆粒粒徑在1μm以下，鍍層總厚度為1-15μm。

本發明的有益效果是：

1.納米碳化硅顆粒分散在鎳鍍層中，減少了與釩鍍層接觸的鎳或鐵的量，提高了鍍層對金剛石的保護能力；

2.磨粒表面粗糙，增加了結合劑對磨粒的把持力；

3.鎳鍍層和釩鍍層和鐵基金屬都具有良好的結合能力，提高了結合劑對金剛石的把持力；

4.對鐵基結合劑具有一定增強效果，可以提高制品的強度。

附圖說明

圖1是本發明的金剛石顆粒局部剖面示意圖

圖2是本發明的金剛石顆粒表面微觀形貌圖。

具體實施方式

該發明以下結合具體實施例進行進一步描述：

實施例1：參閱圖1所示，金剛石1表面有碳化釩層2，碳化釩層2表面有釩層3，釩層3表面有鎳層4，碳化硅顆粒5嵌于鎳層4之中。

實施例2：在40/50目的金剛石1表面鍍覆碳化釩層2，碳化釩層2表面有釩層3，釩層3表面有鎳層4，碳化硅顆粒5嵌于鎳層4之中，碳化釩層2、釩層3和嵌有碳化硅顆粒5的鎳層4的總厚度為13.6μm，其中嵌有粒徑為50nm的碳化硅顆粒5，如圖2所示，磨粒表面具有不規則的凹凸不平的表面形貌，將此磨粒與鐵基結合劑采用熱壓燒結的方式制成結塊，抗彎強度達到112.3MPa，而使用未鍍覆金剛石的鐵基結合劑結塊抗彎強度為84.5MPa，此磨粒的出刃高度比未鍍覆的金剛石磨粒提高35%。