[發明專利]一種切削型金剛石刀具及其制備方法

有效

• 申請號: 201810982880.5
• 申請日: 2018-08-27
• 公開（公告）號: CN109093122B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 李珮豪;彭波
• 申請（專利權）人: 天津百恩威新材料科技有限公司
• 主分類號: B22F5/00
• 分類號: B22F5/00;B22F3/14;C22C21/02;C22C26/00
• 代理公司: 北京細軟智谷知識產權代理有限責任公司 11471
• 代理人: 趙芳

本發明涉及一種切削型金剛石刀具及其制備方法，所述切削型金剛石刀具通過向金屬結合劑粉末中添加高硅鋁合金添加劑，利用高硅鋁合金添加劑在熱壓燒結期間，低于熱壓燒結溫度峰值，于577℃時可預先熔化成液態，一方面，所述液態可滲入金屬結合劑粉末和金剛石磨料顆粒間的界面起到潤滑劑的作用，另一方面，所述液態中的鋁既有脫氮劑和脫氧劑的作用，又可在800℃時，通過對金剛石磨料的潤濕，在金剛石磨料表面形成碳化物相，以釘扎的形式構成金剛石與金屬結合劑之間粘接的橋梁。最終制備得到的切削型金剛石刀具，在同樣燒結溫度條件下燒結坯致密度和其它各項機械性能指標顯著提高，從而大幅提高了金剛石刀具的切削性能并延長了其使用壽命。

技術領域

本發明屬于粉末冶金技術領域，具體涉及一種切削型金剛石刀具及其制備方法。

背景技術

鋸切或鉆進類金剛石刀具主要由鋸切或鉆進類金剛石磨料和金屬結合劑組成，近年來因金剛石合成技術和刀具制作技術快速發展，降低了刀具成本，導致了石材、玻璃、混凝土等加工領域的刀具成本大幅下降，轉而促進了金剛石刀具的廣泛應用。對于在石材、玻璃、陶瓷、混凝土和瀝青等建筑材料和基礎建設中所使用的鋸切或鉆進類金剛石刀具而言，適合的金屬結合劑包括鈷基結合劑、鎳基結合劑和鐵基結合劑，從降低成本和可獲取性來講，目前鐵基結合劑占了主流地位。在這些結合劑體系的燒結中，是典型的固相燒結，即由顆粒重排、氣孔填充、晶粒生長等階段組成，普遍存在燒結溫度偏高或燒結坯致密度偏低的現象。固相燒結主要靠擴散傳質，相對于液相燒結的熔體傳質而言，在同樣溫度、壓力和時間下獲得高致密度更為困難。

當前，鋸切或鉆進類金剛石刀具的制造工藝是粉末冶金熱壓成型工藝，工藝的主要參數是燒結(峰值)溫度、壓強和燒結時間。工藝參數選擇，主要圍繞壓坯高度或壓坯的致密度和燒結成本。因此，燒結溫度要盡可能低，來防止金剛石性能降級和節約電力；壓強要經過合理選擇來延長石墨模具的使用壽命；燒結時間盡可能短，來降低能耗要求，提高單班次產量。但是，目前主要使用的鈷、鎳、鐵基金屬結合劑體系，在熱壓燒結過程中主要以固相燒結為主，存在著以下問題：

(1)如果燒結溫度提高來滿足提高燒結坯致密度，則存在金剛石磨料在高溫下將趨于受到氧化、石墨化、和強度降級，降低金剛石磨料的切削性能，而對于大批量生產而言，燒結溫度越高，耗電量越大，造成了刀具生產成本提高。

(2)如果燒結溫度降低，則存在燒結坯致密度不夠，燒結坯致密度是金剛石刀具的一項關鍵性指標，燒結坯致密度至少要達到90％的理論密度，如果燒結坯致密度低至85％理論密度或以下，則會在使用期間加快金屬結合劑磨損，削弱對金剛石磨料的把持，造成使用中金剛石磨料過早脫粒的現象，最終大幅降低刀具的壽命。如果在熱壓燒結工藝中提高壓力，盡管可以小幅提高燒結坯致密度，但是卻可能超過石墨模具的極限抗壓強度，石墨模具的大量損耗最終導致產品成本大幅提高。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供一種切削型金剛石刀具及其制備方法，通過向金屬結合劑中添加高硅鋁合金添加劑，在同樣燒結溫度條件下可顯著改善燒結坯致密度和其它各項機械性能指標，從而提高金剛石刀具切削性能并延長其使用壽命。

本發明的技術方案為：

一種切削型金剛石刀具的原料組分包括：3-10重量份金剛石磨料、90-97重量份金屬結合劑粉末；

所述金屬結合劑粉末包括5-20％的高硅鋁合金添加劑；所述高硅鋁合金添加劑由硅和鋁組成，其中，所述硅含量占50-70％。

優選的，所述高硅鋁合金添加劑為球形粉末。

優選的，所述球形粉末的平均粒徑為20-200μm。

優選的，所述切削型金剛石刀具為鋸切或鉆進類金剛石刀具。

優選的，所述鋸切或鉆進類金剛石刀具為鋸片、鉆頭、砂輪、磨輥。

一種制備所述切削型金剛石刀具的方法，包括如下步驟：