一种钎焊－热压烧结金刚石工具及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种磨削工具，特别是一种钎焊－热压烧结金刚石工具，由钢基体和金刚石刀头组成，所述金刚石刀头结构为多层垂直于刀头工作面的合金层，该合金层由两种不同配方的合金胎体经真空热压烧结的方法制成，各合金胎体层内有预定排列的金刚石磨粒层；其中刀头两侧外层为钎焊合金胎体层（１），钎焊合金胎体层（１）内有单层预定排列的金刚石磨粒层；刀头中间层为预合金胎体层（２），预合金胎体层（２）内有单层或多层预定排列的金刚石磨粒层。本发明专利技术解决了多层钎焊工具被很厚的焊料层覆盖造成出刃效果不佳的问题，又解决了烧结金刚石工具对金刚石把持力不够，造成金刚石过早脱落的问题，从而大大提高了金刚石工具的使用寿命和加工效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磨削、抛光或刃磨用的工具，具体涉及一种钎焊-热压烧结金刚石工 具及其制造方法。
技术介绍
金刚石的高硬度和优良物理机械性能使得金刚石工具成为加工各种坚硬材料不 可缺少的有效工具，主要用于石材、混凝土、PVC、玻璃、陶瓷、水晶、硬质合金等材料的切割， 包括金刚石锯片、金刚石绳锯串珠、雕刻用金刚石指状铣刀、钻孔用金刚石钻头。金刚石工 具目前按制造方法和工艺通常可分为电镀、烧结和钎焊工具产品，各种不同工艺制造的金 刚石工具各有优劣。电镀金刚石工具电镀工艺简单，制作容易，但电镀金刚石工具上电沉积 的镀层金属与磨料和磨具基体的界面上均不存在牢固的化学冶金结合，磨料只是被机械包 覆在镀层与基体之间，因此金属镀层对金刚石磨粒的把持力小，极容易因磨料脱落和镀层 成片剥离导致砂轮的整体失效。烧结金刚石工具是预合金粉末胎体和金刚石颗粒混合压坯烧结而成，金刚石孕镶 在预合金粉末胎体中，金刚石与一般金属合金之间具有很高的界面能，金刚石颗粒不能为 一般低熔点合金所浸润，粘结性差。在传统的制造技术中，金刚石颗粒仅靠胎体收缩后产生 的机械夹持力镶嵌于胎体金属基中，而没有形成牢固的化学键结或冶金结合，导致金刚石 颗粒在工作中易与胎体金属基分离，大大降低了金刚石工具的寿命及性能水平。大部分孕 镶式工具中金刚石的利用率较低，大量昂贵的金刚石在工作中脱落流失于废屑之中。因此， 不少人致力于在烧结过程中实现金刚石表面金属化的研究，在胎体材料中添加或在金刚石 表面预粘上强碳化物金属粉末(这种金刚石在未加热前，并未与镀层发生化学反应，只能 属于金刚石包衣)，以期望它们在烧结过程中实现对金刚石的化学键结合。但在固相烧结条 件下(有时有少量低强度低熔点的金属或合金液相)，胎体对金刚石的化学键结或冶金结 合力非常弱甚至根本不会形成，镀覆后的金刚石在烧结成锯(钻)齿后，其折断面上暴露出 的金刚石失去了镀层，而脱落金刚石的残留坑表面十分光滑，这种现象说明了金刚石与胎 体还未能达到化学包镶的水平。因而即使实现了金刚石的表面预金属化，传统的固相粉末 冶金烧结法也不可能实现金刚石与胎体材料间的牢固结合。因此这种工具表面上的金刚石 磨料在重负荷作业时都会因把持力不够而过早脱落，磨料利用率低。同时，金刚石在刀头上 分布没有规律，不能有效发挥工间形状结构特点，工具切削负荷不均勻，直接导致切削效率 低。但从另一方面来讲，由于胎体包镶着多层无序排列的金刚石，因此烧结工具的切削寿命 要比单层的电镀、钎焊工具高很多。上个世纪八十年代末，人们开始探索钎焊技术用于金刚石工具制作。采用在金刚 石表面涂覆某些过渡族元素(如Ti、Cr、W等)作为结合剂，并与其发生化学反应，在表面形 成碳化物。通过这层碳化物的作用，金刚石、结合剂、基体三者就能通过钎焊实现牢固的化 学冶金结合，从而实现真正的金刚石表面金属化，这就是金刚石钎焊的原理。从已发表的专 利和文章中可以看出，该技术可使金刚石最大出刃值达到粒径的2/3，工具寿命提高3倍以上，而常规下该值不足1/3，允许出刃值可用开刃作业达稳定出刃值时来获取。所以，采用钎 焊技术可望实现胎体金属(钎料)、母体材料(金刚石)、钢基体之间的牢固结合。该方法 中金刚石磨粒钎焊在金属基体周面上，解决了工具上金刚石磨粒把持力不够的问题，同时 也带来新的问题这种钎焊金刚石工具，由于金刚石钎焊锯片粘结金刚石的面仅为锯片外 圆周面，单层超硬材料涂敷的产品仅有一层超硬材料，整体使用寿命很低；多层超硬材料涂 敷的产品因超硬材料被很厚的焊料层所覆盖，其出刃效果不佳，影响切削效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种金刚石工具，该金刚石工具不仅实现了金刚石与结 合剂、合金胎体间牢固的化学冶金结合，而且实现了金刚石在预合粉金胎体三维空间内的 预定有序分布。本专利技术的另一目的在于提供了一种金刚石工具的制造方法，采用钎焊和真空热压 烧结相结合的方法。为了实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案一种钎焊-热压烧结金刚石工具，由钢基体和金刚石刀头两部分组成，其特征为 所述金刚石刀头结构为多层垂直于刀头工作面的合金层，该合金层由两种不同配方的合金 胎体经真空热压烧结的方法制成，各个合金胎体层内有预定排列的金刚石磨粒层；其中 刀头两侧外层为钎焊合金胎体层1，钎焊合金胎体层1内有单层预定排列的金刚石磨粒层； 刀头中间层为预合金胎体层2，预合金胎体层2内有单层或多层预定排列的金刚石磨粒 层。所述钎焊合金胎体层1的成分按重量百分比为Cr :3-20%，B:2-5%，Si :2_5%，其余 为Ni。所述金刚石刀头中间层的预合金胎体层2的成分按重量百分比为Co 8-12%, Cu 20-30%,Ni :12-18%，其余为Fe。所述金刚石刀头中间层的钎焊合金胎体层1与预合金胎 体层2的厚度比为1 1-1 5。所述金刚石刀头中间层为单层金刚石磨粒的合金胎体层 与单层金刚石磨粒的钎焊合金层交替分布。所述金刚石刀头中间层为多层金刚石磨粒的合 金胎体层与单层金刚石磨粒的钎焊合金层交替分布。一种钎焊-热压烧结金刚石工具的制造方法，采用钎焊和真空热压烧结结合的方 法，其特征为将钎焊合金粉及预合金胎体粉分别压制成预先设定的带圆坑的刀头小薄片， 金刚石刀头毛坯由多个上述小薄片叠合而成，所述预先设定的圆坑位于多个刀头小薄片的 相邻表面上；在上述圆坑中填入金刚石磨粒得到带金刚石的刀片毛坯，然后将不同成分的 刀片毛坯按如下组合方式进行叠合成为刀头毛坯刀头外层为单层钎焊合金层毛坯，刀头 中间层为交替排列的钎焊合金层与预合金胎体粉层，这些钎焊合金层和预合金胎体粉层为 单层小薄片或多层小薄片；将得到的刀头毛坯放入真空度为10_3_10_2MPa的真空炉热压烧 结，先加热至650-750°C，保温15-25分钟，然后继续升温至850-920°C，保温40-50分钟，热 压压力为20-25MPa，再带压随炉缓慢冷却至250°C以下。所述钎焊合金的成分按重量百分 比为Cr :3-20%,B :2-5%,Si :2_5%，其余为Ni。所述预合金胎体粉的成分按重量百分比 为:Co 8-12%, Cu =20-30%, Ni :12_18%，其余为Fe。所述刀头中间层为单层金刚石预定 排列式合金胎体层与单层金刚石预定排列式钎焊合金层交替分布。所述刀头中间层为多层 金刚石预定排列式合金胎体层与单层金刚石预定排列式钎焊合金层交替分布。烧结金刚石工具一般是由钢基体和金刚石刀头两部分组成，而金刚石刀头又是由金刚石颗粒和一种预合金胎体粉混合烧结而成，胎体金属基对金刚石的粘结性(胎体的包 镶能力)是影响金刚石工具使用寿命和性能的主要因素之一，因此多层烧结金刚石工具中 胎体材料的选择和热压工艺是其中较为关键的环节，基本要求为烧结体应具有优良的冲 击性能和适当的硬度，以保证对所包裹的金刚石形成良好的机械啮合和对岩石适度的抗磨 损能力；能够在较低的烧结温度(一般不超过950°C )下和较短的保温时间(一般不超过5 分钟)内完成满足上述性能要求的粉末冶金过程，以减缓金刚石单晶的劣化趋势。常规的金刚石刀头在刀头厚度方向可视为多层无序排列的金刚石胎体层，在本发 明的技术方案中，预合金胎体粉是由两种不同的胎体配方组成，其刀头结构为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钎焊－热压烧结金刚石工具，由钢基体和金刚石刀头两部分组成，其特征为：所述金刚石刀头结构为多层垂直于刀头工作面的合金层，该合金层由两种不同配方的合金胎体经真空热压烧结的方法制成，各个合金胎体层内有预定排列的金刚石磨粒（１１）层；其中：刀头两侧外层为钎焊合金胎体层（１），钎焊合金胎体层（１）内有单层预定排列的金刚石磨粒层；刀头中间层为预合金胎体层（２），预合金胎体层（２）内有单层或多层预定排列的金刚石磨粒层。

【技术特征摘要】
1.一种钎焊-热压烧结金刚石工具，由钢基体和金刚石刀头两部分组成，其特征为所 述金刚石刀头结构为多层垂直于刀头工作面的合金层，该合金层由两种不同配方的合金胎 体经真空热压烧结的方法制成，各个合金胎体层内有预定排列的金刚石磨粒(11)层；其中刀头两侧外层为钎焊合金胎体层(1)，钎焊合金胎体层(1)内有单层预定排列的 金刚石磨粒层；刀头中间层为预合金胎体层(2)，预合金胎体层(2)内有单层或多层预定排 列的金刚石磨粒层。2.如权利要求1所述的钎焊-热压烧结金刚石工具，其特征为所述钎焊合金胎体层 (1)的成分按重量百分比为:Cr :3-20%,B 2-5%, Si :2_5%，其余为Ni。3.如权利要求1所述的钎焊-热压烧结金刚石工具，其特征为所述金刚石刀头中间 层的预合金胎体层(2)的成分按重量百分比为:Co 8-12%, Cu =20-30%, Ni :12_18%，其 余为Fe。4.如权利要求1所述的钎焊-热压烧结金刚石工具，其特征为所述金刚石刀头中间 层的钎焊合金胎体层(1)与预合金胎体层(2)的厚度比为1:1-1: 5。5.如权利要求1所述金刚石刀头中间层为单层金刚石磨粒的合金胎体层与单层金刚 石磨粒的钎焊合金层交替分布。6.如权利要求1所述的钎焊-热压烧结金刚石工具，其特征为所述金刚石刀头中间 层为多层金刚石磨粒的合金胎体层与单层金刚石磨粒的钎焊合金层交替分布。7.—种如权利要求1所述的钎焊-热压烧结金刚石工具的制造方法，采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗晓丽，赵刚，刘一波，姚炯斌，黄盛林，刘少华，
申请(专利权)人：安泰科技股份有限公司，北京安泰钢研超硬材料制品有限责任公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]