一种金刚石工具及其制备方法技术

本发明专利技术揭示了一种金刚石工具及其制备方法。所述制备方法包括如下步骤：(1)提供工具基体；(2)将钎焊材料和金刚石原料施加于工具基体表面，其中，所述钎焊材料包括银基钎料、镍基钎料、镍铁钎料、铜基钎料和钛基钎料中的任意一种；(3)在保护性气氛中，使步骤(2)最终所获基体复合结构连续通过可控气氛的自动化网带炉的加热区进行钎焊处理，之后进行后处理，获得金刚石工具。本发明专利技术采用价格低廉的可控气氛连续化钎焊工艺替换现有的真空钎焊等钎焊工艺实现金刚石工具的大批量、连续化加工，可以大幅提高金刚石工具的制备效率，有效降低制备成本。

A diamond tool and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种金刚石工具及其制备方法
本专利技术属于超硬材料工具制造
，涉及一种金刚石工具的制备方法，具体涉及一种低成本金刚石工具及其制备方法。
技术介绍
金刚石是目前世界上发现并在工业上大量使用的最硬材料，其具有优异的硬度、刚度、耐磨性和热稳定性能，因而被广泛应用于各种切磨工具中，如磨具、刀具、模具及量具等等。其中金属结合剂金刚石工具是以金刚石为切磨材料，以金属粉末作为结合剂，利用粉末冶金或钎焊的方法，经过压制成型、烧结等工艺制备的金刚石工具。其强度高，耐磨性好，在农业、工业、矿业等各个行业中均有大量的应用需求；但粉末冶金法制备工艺复杂，对设备要求高，因而产品的成本相对较高，限制了金刚石工具的应用。而钎焊加工是使用比基体材料熔化温度低的钎料，采取低于基材固相线而高于钎料液相线的操作温度，通过熔化的钎料将基材连接在一起的一种焊接技术。尽管利用钎焊实现金刚石工具的连接时，其金刚石与基材间的连接强度没有粉末冶金法的高；但利用钎焊法制备金刚石工具，其基材的成型加工方法简单，效率高；同时，钎焊工艺流程相对简单，避免了高温加工过程中对金刚石性能的影响。因而利用钎焊方法制备金刚石工具也是应用研究热点。然而，金刚石钎焊过程中存在的几个行业痛点一直阻碍了大规模金刚石工具钎焊技术的发展。一方面，金刚石在空气条件下的耐高温性能极差，800℃左右下金刚石开始出现石墨化现象；而在真空条件下，1500℃下开始发生石墨化现象。另一方面，大多数钎料对金刚石的润湿性能差，甚至不能发生润湿；能够进行金刚石钎焊的钎料的液相线温度较高难以实现在800℃以下进行钎焊。受上述因素的影响，目前金刚石工具钎焊加工制造多采用真空钎焊、激光钎焊、感应钎焊、电阻钎焊等。这些钎焊方式多需要在真空条件下进行，无法实现大规模、连续化、自动化的生产，从而制约了金刚石工具的制造效率和制造成本。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种金刚石工具及其制备方法，从而克服现有技术的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供一种金刚石工具的制备方法，包括：(1)提供工具基体；(2)将钎焊材料和金刚石原料施加于工具基体表面，其中，所述钎焊材料包括银基钎料、镍基钎料、镍铁钎料、铜基钎料和钛基钎料中的任意一种；(3)在保护性气氛中，使步骤(2)最终所获基体复合结构连续通过可控气氛的自动化网带炉的加热区进行钎焊处理，之后进行后处理，获得金刚石工具。进一步地，步骤(3)中，所述保护性气氛包括氨分解气、氢气或惰性气体气氛中的一种或两种的组合。进一步地，步骤(3)中，所述预热区的温度控制范围为室温-400℃，升温速率为5-15℃/min，升温区的温度控制范围为400-900℃,升温速率为10-30℃/min；所述焊接区的温度控制范围为900-1200℃/min；升温速率为3-15℃/min；所述冷却区以20-50℃/min的冷却速度进行降温，直至降至室温。进一步地，步骤(3)中，所述后处理包括退火处理和/或整形处理。本专利技术还提供了由前述任一种方法制备的金刚石工具。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术通过调整钎焊材料与钎焊工艺的匹配，采用曲线式升温方式，实现了在可控气氛连续化钎焊工艺条件下，批量连续加工制备金刚石工具，因而采用价格低廉的可控气氛连续化钎焊工艺替换现有的真空钎焊等钎焊工艺实现金刚石工具的大批量、连续化加工，可以大幅提高金刚石工具的制备效率，有效降低制备成本。(2)本专利技术中采用特定的钎焊材料可以实现在非真空条件下，在900-1200℃的环境下实现金刚石的有效钎焊，所获得的金刚石工具的金刚石层不易剥离脱落，进而大大提高了金刚石工具的使用寿命；其中，连续化钎焊工艺焊接温度较真空钎焊等有所下降，避免对基体和金刚石的热损伤，且采用气氛保护，可以避免金刚石在钎焊温度下发生石墨化的现象，从而实现金刚石的有效钎焊。具体实施方式在现有的钎焊技术中，可控气氛连续化钎焊因其无需真空环境，对设备的精密度要求降低，可实现连续大批量、低成本生产，其已被广泛应用于各种不锈钢工具的钎焊加工中。出于提高金刚石工具的加工效率，降低加工成本的考虑，使用可控气氛连续化钎焊加工制造金刚石工具必然是后续的发展趋势。鉴于现有技术的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，其主要是针对金刚石钎焊技术中的行业痛点，通过调整钎焊材料与钎焊工艺的匹配，实现了在可控气氛连续化钎焊工艺条件下，批量连续加工制备金刚石工具。如下将对该技术方案、其实施过程及原理作进一步的解释说明。本专利技术实施例的一个方面提供了一种金刚石工具的制备方法，包括如下步骤：(1)提供工具基体；(2)将钎焊材料和金刚石原料施加于工具基体表面，其中，所述钎焊材料包括银基钎料、镍基钎料、镍铁钎料、铜基钎料和钛基钎料中的任意一种；(3)在保护性气氛中，使步骤(2)最终所获基体复合结构连续通过可控气氛的自动化网带炉的加热区进行钎焊处理，之后进行后处理，获得金刚石工具。在本专利技术的一些优选方案中，步骤(2)可以具体包括：将钎焊材料施加于工具基体表面，形成钎焊材料层，然后将金刚石原料施加于所述钎焊材料层表面，形成基体/钎焊材料层/金刚石层结构，获得所述基体复合结构。在本专利技术的另一些优选方案中，步骤(2)还可以具体包括：将钎焊材料与金刚石原料混合均匀，形成混合物，之后将所述混合物施加于工具基体表面，形成基体/混合物层结构，获得所述基体复合结构。在一些优选实施例中，所述银基钎料可以包括Ag78Cu28-Ti、Ag66Cu26等中的任意一种或几种，且不局限于此。在一些优选实施例中，所述镍基钎料可以包括BNi2、BNi5、BNi6、BNi7等中的任意一种或两种以上的组合，且不局限于此。在一些优选实施例中，镍铁钎料可以是由标准镍基钎焊合金粉末和铁粉按比例的混合物。进一步地，所述钎焊材料优选标准镍基钎焊合金粉末和羰基铁粉按比例的混合物。更进一步地，所述标准镍基钎焊合金包括BNi2、BNi5、BNi7等中的任意一种或两种以上的组合，且不局限于此。在一些优选实施例中，所述金刚石原料包括天然金刚石、人工金刚石、单晶金刚石、聚晶金刚石等中的任意一种或两种以上的组合，且不局限于此。进一步地，所述金刚石原料的粒径为40-2000目。在一些优选实施例中，至少采用丝网印刷、涂覆、点涂、浸渍中的任一种方式将所述钎焊材料施加于工具基体表面。在一些优选实施例中，采用丝网印刷或自动化点涂的方式将所述钎焊材料施加于工具基体表面。进一步地，所述钎焊材料层的厚度为0.3mm-0.7mm，亦即，所述钎焊材料在刀具基体表面上的厚度控制在0.3mm-0.7mm。在一些优选实施例中，所述制备方法包括：至少采用印刷、人工喷洒、蘸取中的任一种方式将所述金刚石原料施加于所述钎焊材料层表面。进一步地，所述制备方法包括：将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金刚石工具的制备方法，其特征在于包括：/n(1)提供工具基体；/n(2)将钎焊材料和金刚石原料施加于工具基体表面，其中，所述钎焊材料包括银基钎料、镍基钎料、镍铁钎料、铜基钎料和钛基钎料中的任意一种；/n(3)在保护性气氛中，使步骤(2)最终所获基体复合结构连续通过可控气氛的自动化网带炉的加热区进行钎焊处理，之后进行后处理，获得金刚石工具。/n

【技术特征摘要】
1.一种金刚石工具的制备方法，其特征在于包括：
(1)提供工具基体；
(2)将钎焊材料和金刚石原料施加于工具基体表面，其中，所述钎焊材料包括银基钎料、镍基钎料、镍铁钎料、铜基钎料和钛基钎料中的任意一种；
(3)在保护性气氛中，使步骤(2)最终所获基体复合结构连续通过可控气氛的自动化网带炉的加热区进行钎焊处理，之后进行后处理，获得金刚石工具。


2.根据权利要求1所述的金刚石工具的制备方法，其特征在于包括：将钎焊材料施加于工具基体表面，形成钎焊材料层，然后将金刚石原料施加于所述钎焊材料层表面，形成基体/钎焊材料层/金刚石层结构，获得所述基体复合结构。


3.根据权利要求1所述的金刚石工具的制备方法，其特征在于包括：将钎焊材料与金刚石原料混合均匀，形成混合物，之后将所述混合物施加于工具基体表面，形成基体/混合物层结构，获得所述基体复合结构。


4.根据权利要求1所述的金刚石工具的制备方法，其特征在于：所述银基钎料包括Ag78Cu28-Ti和/或Ag66Cu26；和/或，所述镍基钎料包括BNi2、BNi5、BNi6和BNi7中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述镍铁钎料包括由标准镍基钎焊合金和铁的混合物，优选的，所述镍铁钎料为标准镍基钎焊合金和羰基铁粉的混合物；尤其优选的，所述标准镍基钎焊合金包括BNi2、BNi5、BNi7中的任意一种或两种以上的组合。


5.根据权利要求1或2或3所述的金刚石工具的制备方法，其特征在于：所述金刚石原料包括天然金刚石、人工金刚石、单晶金刚石、聚晶金刚石中的任意一种或两种以上的组合，和/或，所述金刚石原料的粒径为40-2000目。


6.根据权利要求2所述的金刚石工具的制备方法，其特征在于包括：至少采用丝网印刷、涂覆、点涂、浸渍中的任一种方式将所述钎焊材料施加于工具基体表面，优选为丝网印刷或自动化点涂的...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛洪超，王蕾，杨奇佳，
申请(专利权)人：苏州昆腾威新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32