一種金剛石工具用超細(xì)高抗彎強(qiáng)度合金粉末及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及金剛石工具制備技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種金剛石工具用超細(xì)高抗彎強(qiáng) 度合金粉末及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 金剛石工具的切割機(jī)理是利用金剛石的硬度切割硬質(zhì)材料，例如石材、耐火材料、 陶瓷、半導(dǎo)體、混凝±等。由于切割過(guò)程中，金剛石受到?jīng)_擊，包鑲金剛石的部分胎體被破 壞，造成金剛石脫落。因此如何增強(qiáng)金剛石刀頭胎體對(duì)金剛石的把持力，使金剛石在切割中 不會(huì)過(guò)早脫落，從而提高金剛石工具的切割效率和工作壽命是行業(yè)內(nèi)的公認(rèn)難題。目前，多 采用混合金屬粉末或者水霧化合金粉末為胎體粉原料，與金剛石顆?；旌虾?，進(jìn)行熱壓燒 結(jié)，胎體粉原料作為粘結(jié)劑來(lái)把持金剛石。
[0003] 金剛石工具要求的胎體抗彎強(qiáng)度最低要大于900MPa，否則胎體初性不足，在切削 加工過(guò)程中容易碎裂導(dǎo)致工具失效。同時(shí)，抗彎強(qiáng)度越高的胎體對(duì)金剛石的把持力越好已 成為行業(yè)內(nèi)公認(rèn)事實(shí)。早期金剛石工具胎體材料多用鉆作為粘結(jié)劑，就是因?yàn)殂@的綜合性 能很好，抗彎強(qiáng)度可達(dá)1300MPaW上，在各種金屬中，鉆對(duì)金剛石的把持力最好。但是由于 鉆的價(jià)格昂貴，逐漸被化、Ni、化、Sn等元素的復(fù)合配方所取代，此方面已有很多研究成果 和專利公開。但不足之處有二，其一是Ni的價(jià)格也較昂貴，為了降低制造成本，只能降低Ni 的含量；其二是運(yùn)種復(fù)合配方的燒結(jié)體抗彎強(qiáng)度均在1300-1400MPa，在用于加工中高硬度 材質(zhì)時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)抗彎強(qiáng)度不足，初性不夠，胎體磨損過(guò)快，對(duì)金剛石把持力不足，導(dǎo)致工具 壽命低下的情況，因此必須提高胎體的抗彎強(qiáng)度，從而提高胎體耐沖擊耐磨性能，并且增強(qiáng) 對(duì)金剛石的把持力。另外，針對(duì)不同切割對(duì)象材質(zhì)，金剛石工具廠家經(jīng)常通過(guò)添加適量單質(zhì) 金屬粉末來(lái)調(diào)節(jié)刀頭胎體的成分含量。一般而言，添加單質(zhì)粉末會(huì)降低胎體的抗彎強(qiáng)度，為 了不會(huì)過(guò)度降低抗彎強(qiáng)度，需要高抗彎強(qiáng)度的合金粉作為基礎(chǔ)粉末，運(yùn)對(duì)調(diào)節(jié)刀頭胎體的 成分含量提供了方便和品質(zhì)保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種金剛石工具用超細(xì)高抗彎強(qiáng)度合金粉末及其制備方 法，提高燒結(jié)胎體的抗彎強(qiáng)度，最終提高胎體對(duì)金剛石的把持力，得到高切削性能的金剛石 刀頭工具。
[0005] 為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是：
[0006] 一種金剛石工具用超細(xì)高抗彎強(qiáng)度合金粉末，其化學(xué)成分按重量百分比組成如 下：Cu:5~75%，Ni:1~15%，Sn:1~15%，Si:1~5% ;A1 :1~15% ;Cr :1~10% ; B :0. 1~3% ;V :0. 1~3% ;佩：0. 1~2% ;Zr :0. 1~4% ;La :0. 1~7%;化余量。
[0007] 所述合金粉末的中位徑粒度D50為3-15微米。
[0008] 所述合金粉末的氧含量《2000ppm。
[0009] 一種金剛石工具用超細(xì)高抗彎強(qiáng)度合金粉末的制備方法，其步驟如下：
[0010] 1)準(zhǔn)備金屬原材料，準(zhǔn)備各金屬組分按重量百分比如下：化：5~85%，Ni:1~ 25%，Sn:1 ~20%，Si:0 ~8% ;A1 :1 ~15%;Cr:5 ~15%;B:0. 1 ~5%;V:0. 1 ~6% ; 佩：0.1 ~5%;Zr :0.1 ~5%;La :0.1 ~10%;化余量；
[0011] 2)利用準(zhǔn)備的金屬原材料制備，依次進(jìn)行①冶煉、②水霧化、③壓濾脫水、④真空 干燥及⑥還原步驟，制得本發(fā)明超細(xì)高抗彎強(qiáng)度水霧化合金粉末。
[0012] 所述2)步驟的①冶煉步驟中，需控制各金屬原材料的加入順序及加入時(shí)間節(jié)點(diǎn)， 具體為，先將化，Ni，Si,Sn，化放入爐底，送電烙化；待烙化約1/2-2/3時(shí)開始加入化，最 后按照順序依次加入V，佩，Zr，B，A1和La。
[0013] 所述2)步驟的①冶煉步驟中，冶煉采用中頻感應(yīng)爐冶煉，每爐投料總量不超過(guò) 220kg，功率控制在60~240KW之間；爐襯材質(zhì)為儀砂或石英砂，烙煉過(guò)程的最高溫度控制 在《1650〇C。
[0014] 所述2)步驟的①冶煉步驟中，采用復(fù)合脫氧劑娃巧石脫氧并造渣，先將娃巧石覆 蓋合金溶液表層，在5~15分鐘時(shí)間保持烙液溫度不低于1580°C，然后去除烙液表面的烙 渣；當(dāng)烙液溫度在1580~1640°C之間時(shí)開始霧化。
[0015] 所述2)步驟的②水霧化步驟，其采用兩組噴嘴二級(jí)霧化的方式，中間包漏眼直徑 3~8mm，霧化水流量80~14化/min,霧化壓力60~135MPa。
[0016] 所述2)步驟的③壓濾脫水步驟為，將霧化后的水粉混合物在集粉罐內(nèi)密封氣體 增壓，集粉罐底部出水口加裝1200目濾布，0. 1~0.5MPa壓力下保壓至出水口無(wú)明顯水汽 混合物排出為止。
[0017] 所述2)步驟的④真空干燥步驟為，采用雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)，先將脫水后的濕粉 裝入干燥器，裝粉口密封，啟動(dòng)真空累，啟動(dòng)動(dòng)力開關(guān)使干燥器垂直單向旋轉(zhuǎn)，然后啟動(dòng)加 熱開關(guān)，真空干燥機(jī)設(shè)定真空度小于-0. 〇9MPa，加熱溫度40~120°C。
[0018] 所述2)步驟的⑥還原步驟為，采用步進(jìn)式推舟還原爐，分解氨產(chǎn)生的氨氣、氮?dú)?的混合氣體還原粉末，還原溫度為500~650°C，粉末在還原爐等溫區(qū)還原時(shí)間為20~60 分鐘。
[0019] 所述2)步驟中還進(jìn)行⑧篩分步驟，按照所需求粒度選擇相應(yīng)-200目、-300 目、-400目或者-500目規(guī)格的篩網(wǎng)進(jìn)行篩分。
[0020] 采用上述方案后，本發(fā)明一種金剛石工具用超細(xì)高抗彎強(qiáng)度合金粉末及其制備方 法，優(yōu)勢(shì)在于：
[002U1)AL元素與Ni形成丫 '-化34以屬1^2型結(jié)構(gòu)的有序相金屬間化合物，是一種面 屯、立方結(jié)構(gòu)，彌散沉淀在刀頭胎體的組織中，增強(qiáng)了胎體的抗彎強(qiáng)度；同時(shí)，刀頭在切割過(guò) 程中產(chǎn)生局部高溫，丫' -Ni3AL可W使刀頭保持高溫初性。
[0022] 2)化與B元素可形成穩(wěn)定碳化物，化3〔2,BC在燒結(jié)胎體晶粒內(nèi)部和晶界表面形細(xì) 小彌散的強(qiáng)化相，提高了胎體的抗彎強(qiáng)度。 陽(yáng)02引：3)V，佩在燒結(jié)胎體中形成穩(wěn)定的氮化物，碳化物，VC，VN，NbC，NbN可W強(qiáng)烈釘扎 晶界，阻礙晶界長(zhǎng)大，形成細(xì)小的晶粒組織，從而提高了刀頭抗彎強(qiáng)度。
[0024] 4)Zr與稀±元素La可W固溶在合金中，起到固溶強(qiáng)化作用；同時(shí)，Zr可W適當(dāng)提 高胎體硬度，La與化形成的固溶體，不僅可W提高抗彎強(qiáng)度，還可W提高胎體的紅硬性，即 刀頭在受到?jīng)_擊摩擦?xí)r產(chǎn)生瞬間高溫，La的固溶體可W保持胎體金屬在高溫下仍有較高強(qiáng) 度。
[00巧]5)采用所述工藝方法制備的合金粉末具備良好的低溫?zé)Y(jié)溫度性能，在760°C~ 840°C范圍內(nèi)熱壓燒結(jié)胎體塊的相對(duì)致密度達(dá)到99%W上，抗彎強(qiáng)度大于1900MPa。
[00%] 綜上，本發(fā)明可W制備超細(xì)粒度，高燒結(jié)致密度的金剛石刀頭，超細(xì)合金粉末的超 細(xì)粒度提高了單顆粉末的成分均勻性W外，同時(shí)具有極高的燒結(jié)活性。特別是添加的低烙 點(diǎn)元素促進(jìn)微液相燒結(jié)，使金剛石刀頭燒結(jié)胎體得到更高的致密度，增強(qiáng)了對(duì)金剛石的把 持力。通過(guò)添加金屬組織強(qiáng)化合金元素W及稀±元素，將化-化基燒結(jié)胎體的抗彎強(qiáng)度提 高到1900MPa，最終提高胎體對(duì)金剛石的把持力，得到高切削性能的金剛石刀頭工具。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1為本發(fā)明的抗彎強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果的示意圖；
[0028] 圖2為本發(fā)明的抗彎強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本案作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0030] 本案設(shè)及一種金剛石工具用超細(xì)高抗彎強(qiáng)度合金粉末，其化學(xué)成分按重量百分比 組成如下：Cu:5 ~75%，Ni:1 ~15%，Sn:1 ~15%，Si:1 ~5% ;A1 :1 ~15%;Cr:1 ~ 10%;B:0. 1 ~3%;V:0. 1 ~3% ;佩：0. 1 ~2%;Zr:0. 1 ~4%;La:0. 1 ~7% ;化余量。
[0031] 所述合金粉末的中位徑粒度D50為3-15微米。合金粉末的氧含量《2000ppm。所 限定的較細(xì)的粉末粒度可W促進(jìn)燒結(jié)活化，燒結(jié)后具有很高的致密度，所限定的低氧同樣 是為了提高燒結(jié)致密度。
[0032] 本發(fā)明還設(shè)及一種金剛石工具用超細(xì)高抗彎強(qiáng)度合金粉末的制備方法，其步驟如 下： 陽(yáng)03引 1)準(zhǔn)備金屬原材料，準(zhǔn)備各金屬組分按重量百分比如下：Cu:5~85%，Ni:1~ 25%，Sn:1 ~20%，Si:0 ~8% ;A1 :1 ~15%;Cr:5 ~15%;B:0. 1 ~5%;V:0. 1 ~6% ; 佩：0. 1 ~5%;Zr:0. 1 ~5%;La:0. 1 ~10% ;化余量；
[0034] 2)利用準(zhǔn)備的金屬原材料制備，依次進(jìn)行①冶煉、②水霧化、③壓濾脫水、④真空 干燥及⑥還原步驟，制得本發(fā)明超細(xì)高抗彎強(qiáng)度水霧化合金粉末。下面對(duì)步驟2)中的各個(gè) 分步驟進(jìn)行詳細(xì)闡述。
[0035] ①冶煉步驟中，冶煉采用中頻感應(yīng)爐冶煉，每爐投料總量不超過(guò)220kg，功率控制 在60~240KW之間（W達(dá)到將金屬融化所需的溫度）；爐襯材質(zhì)為儀砂或石英砂（因?yàn)榭?慮到烙渣是堿性，所W選擇堿性爐襯儀砂或中性爐襯石英砂），烙煉過(guò)程的最高溫度控制在 《1650°C(該溫度控制主要兼顧