一种铝硅合金结合剂金刚石磨头及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种铝硅合金结合剂金刚石磨头及其制造方法，该铝硅合金结合剂成分按重量比包括元素成分：Si10～13％，Ti0.25％～6％，Mg0～0.5％，Cu0～5％，Ga0～0.5％，Ce0～0.5％，Sr0～0.5％，Na0～0.5％，余量为Al连同不可避免的杂质；将铝硅结合剂与金刚石粉末充分混合，将混合物冷压成型后；在一定烧结工艺下，进行真空热压烧结，得到铝硅合金基金刚石磨头粗品；随后将烧结得到的金刚石磨头粗品进行修整，就得到本发明专利技术的金刚石磨头成品。本发明专利技术使用的铝硅结合剂可实现低温烧结，减少金刚石热损伤，同时活性Ti元素的引入可显著增加金刚石磨粒的把持能力，两者共同提高磨头的耐磨性能，增加金刚石磨头的使用寿命。

A Diamond Grinding Head with Al-Si Alloy Binder and Its Manufacturing Method

【技术实现步骤摘要】
一种铝硅合金结合剂金刚石磨头及其制造方法
本专利技术涉及烧结金刚石工具制造
，特别涉及一种铝硅合金结合剂金刚石磨头及其制造方法。
技术介绍
金属基孕镶金刚石工具广泛用在加工石材、陶瓷、半导体等硬脆材料中，在提高磨抛的加工效率和加工质量方面具有很大优势，金刚石磨头作为一种高效精密加工的超硬磨具，是磨削硬脆材料和硬质合金的理想工具，在磨削加工中，要求金刚石磨头具有较高的磨削效率和磨削质量，即加工效率高，加工精度高，较低的磨耗比和较高的使用寿命。目前普遍使用的金刚石磨头结合剂有树脂结合剂、金属结合剂和陶瓷结合剂。树脂结合剂磨头质地较软，加工时不能承受较大的应力，易出现磨粒脱落、效率低、寿命短、噪音大等问题；金属结合剂磨头具有导热性好、结合强度高、使用寿命长等特点，但因其自锐性差，容易打滑等缺点限制了其在高速磨削领域的应用；而陶瓷结合剂金刚石磨头制备过程要求的烧结温度较高，故对金刚石热损伤较大，极大地降低了磨头的磨削强度。热压烧结法制备金属结合剂金刚石磨头已具有五十多年的历史，但是实际生产中所暴露的弊端一直未能完全解决，对金刚石把持强度低、金刚石易脱落、磨料难出刃等，极大限制了热压烧结法制备金刚石磨头的适用范围。上述弊端，主要是因为金刚石的共价键结构，很难与金属结合剂形成较强的化学键合，所以会导致金刚石磨粒易脱落，进而影响磨头的加工质量和使用寿命。因此金属结合剂对金刚石磨粒的把持力成为限制磨头使用寿命和加工质量的最主要因素。为了解决这一问题，有些金属结合剂中会添加强碳化物形成元素钨，使金刚石与结合剂之间形成化学键连接，可以有效提高金刚石的把持力，但是钨的熔点较高，烧结过程中会对金刚石造成严重的热损伤。因此，开发一种对金刚石具有较高把持力，同时对金刚石热损伤小的金属结合剂磨头迫在眉睫，将会极大提高金刚石磨头的加工性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有的的技术难题，提供一种铝硅合金结合剂金刚石磨头及其制造方法。利用铝硅合金基体相低熔点及低共晶点的特点，可实现低温烧结，减小金刚石的损伤。且结合剂中活性Ti元素的加入，可以很好地润湿金刚石，并形成致密的碳化物，极大地提高了金刚石磨粒的把持力，两者共同提高磨头的耐磨性能，增加金刚石磨头的使用寿命。通过添加Si元素，可以有效地提高铝基合金的机械强度，同时Si也是强碳化物形成元素，能够抑制Al与金刚石的反应，还能降低熔点。通过添加活性元素Ce、Ge，能够显著提高合金的抗氧化性能。本专利技术提供了一种铝硅合金结合剂金刚石磨头及其制造方法，克服了
技术介绍
中心的缺陷，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种铝硅合金结合剂金刚石磨头的制造方法，是用铝硅合金作为金刚石磨头结合剂，其特征在于：该制造方法包括以下步骤：1)将金刚石粉末与铝硅合金结合剂粉末充分混合，该铝硅合金结合剂按质量分数包含以下成分：Si10～13％，Ti0.25％～6％,Mg0～0.5％,Cu0～5％,Ga0～0.5％,Ce0～0.5％,Sr0～0.5％,Na0～0.5％,余量为Al连同不可避免的杂质；2)使用金刚石磨头所需不同形状的模具将上述混合物冷压成型后；3)将冷压成型的金刚石磨头在一定烧结工艺下进行真空热压烧结，得到金刚石磨头粗品；4)将烧结好的金刚石磨头粗品焊接在金属杆上，对金刚石磨头粗品进行修整，得到金刚石磨头成品。在一较佳实施例中，步骤1)中所述金刚石粉末为人造单晶金刚石粉末，且金刚石浓度为75％～100％，金刚石粉末的粒度为W40～W5。在一较佳实施例中，步骤1)中所述铝硅合金结合剂按重量比包含以下成分：Si10～13％，Ti0.25％～6％，Mg0～0.5％，Cu0～5％，Ga0～0.5％，Ce0～0.5％，Sr0～0.5％，Na0～0.5％，余量为Al连同不可避免的杂质。在一较佳实施例中，所述Mg或Cu或Ga或Ce或Sr或Na可加可不加。在一较佳实施例中，步骤3)中所述一定烧结工艺烧结温度在650～1000℃之间，压力在50～200MPa之间。在一较佳实施例中，所述一定烧结工艺包括在100～150MPa压力下700～750℃保温30～60分钟，然后在50～90MPa压力下600～650℃下保温10～30分钟，随炉冷却。一种根据如上所述的一种铝硅合金结合剂金刚石磨头的制造方法制造的磨头。本专利技术的有益效果是：根据本专利技术的一种铝硅合金结合剂金刚石磨头及其制造方法，不仅能够极大地降低金刚石的热损伤程度，而且可以显著提高合金结合剂对金刚石的把持力，能够实现金刚石磨头胎体在较低温度下的烧结，有效提高了金刚石磨头的使用寿命和加工质量，拓展现有烧结法制备金属基金刚石磨头的应用范围。具体实施方式下面通过实例具体说明本专利技术的内容：实施例1一种铝硅合金结合剂金刚石磨头的制造方法，包括如下步骤：1)将粒度为W40的金刚石粉末与铝硅合金结合剂按金刚石浓度为100％在混料机中充分混合，该铝硅合金结合剂按重量比包含以下成分：Si13％，Ti6％，Mg0.5％，Cu5％，Ga0.5％，Ce0.5％，Sr0.5％，Na0.5％，余量为Al连同不可避免的杂质；2)使用金刚石磨头所需形状的模具将上述混合物冷压成型后，在150MPa，750℃下保温30分钟，然后在90MPa，650℃下保温15分钟，随炉冷却，得到金刚石磨头粗品；3)将烧结好的金刚石磨头粗品焊接在金属杆上，对金刚石磨头粗品进行修整，得到本专利技术的金刚石磨头成品。通过上述方法得到的铝硅合金结合剂金刚石磨头，利用铝硅合金基体相低熔点及低共晶点的特点，可实现低温烧结，减小金刚石的损伤。且结合剂中活性Ti元素的加入，可以很好地润湿金刚石，并形成致密的碳化物，极大地提高了金刚石磨粒的把持力，两者共同提高磨头的耐磨性能，增加金刚石磨头的使用寿命。通过添加Si元素，可以有效地提高铝基合金的机械强度，同时Si也是强碳化物形成元素，能够抑制Al与金刚石的反应，还能降低熔点。通过添加活性元素Ce、Ge，能够显著提高合金的抗氧化性能。实施例2一种铝硅合金结合剂金刚石磨头的制造方法，包括如下步骤：1)将粒度为W5的金刚石粉末与铝硅合金结合剂按金刚石浓度为75％在混料机中充分混合，该铝硅合金结合剂按重量比包含以下成分：Si10％，Ti3％，Cu5％，Ga0.5％，Ce0.5％，Sr0.5％，Na0.5％，余量为Al连同不可避免的杂质；2)使用金刚石磨头所需形状的模具将上述混合物冷压成型后，在100MPa，700℃下保温60分钟，然后在50MPa，650℃下保温30分钟，随炉冷却，得到金刚石磨头粗品；3)将烧结好的金刚石磨头粗品焊接在金属杆上，对金刚石磨头粗品进行修整，得到本专利技术的金刚石磨头成品。以上所述，仅为本专利技术的两种具体的实施方式，，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。因此，本专利技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝硅合金结合剂金刚石磨头的制造方法，是用铝硅合金作为金刚石磨头结合剂，其特征在于：该制造方法包括以下步骤：1)将金刚石粉末与铝硅合金结合剂粉末充分混合，该铝硅合金结合剂按质量分数包含以下成分：Si10～13％，Ti0.25％～6％,Mg0～0.5％,Cu0～5％,Ga0～0.5％,Ce0～0.5％,Sr0～0.5％,Na0～0.5％,余量为Al连同不可避免的杂质；2)使用金刚石磨头所需不同形状的模具将上述混合物冷压成型后；3)将冷压成型的金刚石磨头在一定烧结工艺下进行真空热压烧结，得到金刚石磨头粗品；4)将烧结好的金刚石磨头粗品焊接在金属杆上，对金刚石磨头粗品进行修整，得到金刚石磨头成品。

【技术特征摘要】
1.一种铝硅合金结合剂金刚石磨头的制造方法，是用铝硅合金作为金刚石磨头结合剂，其特征在于：该制造方法包括以下步骤：1)将金刚石粉末与铝硅合金结合剂粉末充分混合，该铝硅合金结合剂按质量分数包含以下成分：Si10～13％，Ti0.25％～6％,Mg0～0.5％,Cu0～5％,Ga0～0.5％,Ce0～0.5％,Sr0～0.5％,Na0～0.5％,余量为Al连同不可避免的杂质；2)使用金刚石磨头所需不同形状的模具将上述混合物冷压成型后；3)将冷压成型的金刚石磨头在一定烧结工艺下进行真空热压烧结，得到金刚石磨头粗品；4)将烧结好的金刚石磨头粗品焊接在金属杆上，对金刚石磨头粗品进行修整，得到金刚石磨头成品。2.根据权利要求1所述的一种铝硅合金结合剂金刚石磨头的制造方法，其特征在于，步骤1)中所述金刚石粉末为人造单晶金刚石粉末，且金刚石浓度为75％～100％，金刚石粉末的粒度为W40～W5。3.根据权利要求1所述的一种铝硅合金结合剂金刚石磨头的制造方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉斌，穆德魁，廖信江，贺琦琦，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建,35