專利名稱：一種鋁基金屬結(jié)合劑金剛石工具及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬結(jié)合劑金剛石工具及其制造方法，尤其是涉及適用于 有關(guān)材料的修整和拋光的鋁基金屬結(jié)合劑金剛石工具。
背景技術(shù)：
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樹(shù)脂結(jié)合劑金剛石工具和金屬結(jié)合劑金剛石工具一直用于玻璃、陶瓷 等材料的表面或端面的磨削和/或研磨(以后統(tǒng)稱"磨削")。
樹(shù)脂結(jié)合劑金剛石工具雖然磨削光滑性好，但在制備和使用過(guò)程中會(huì) 對(duì)環(huán)境和操作人員造成危害。而且，耐磨性差，使用壽命短，易使磨削對(duì) 象產(chǎn)生彎邊造成廢品，需對(duì)金剛石工具頻繁調(diào)整，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。另外，樹(shù)脂 結(jié)合劑金剛石工具雖然制備方便，但二次固化費(fèi)時(shí)較長(zhǎng)，使生產(chǎn)周期過(guò)長(zhǎng)。
用于玻璃、陶瓷等脆性材料磨削用金屬結(jié)合劑金剛石工具的金屬結(jié)合 劑已公開(kāi)的有Cu-Sn系，如專利文獻(xiàn)1日本特開(kāi)昭58-217271號(hào)公 報(bào)專利文獻(xiàn)2日本特開(kāi)平2-76680號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3日本特開(kāi) 2001-246566號(hào)公報(bào)；Fe-Cu-Sn系(如專利文獻(xiàn)1)， Co-Cu-Sn系(如專 利文獻(xiàn)1及3)和Ni-Cu-Sn系(如專利文獻(xiàn)4日本特開(kāi)平10-230464 號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)CN1541808A);對(duì)于Cu-Sn系金屬 結(jié)合劑，為提高金剛石工具的切割性能，結(jié)合劑中一般Sn成分較多，使 Cu-Sn系結(jié)合劑金剛石工具的壽命較短；Fe-Cu-Sn系金屬結(jié)合劑隨Fe含 量的增加，金剛石工具的壽命增長(zhǎng)，但在進(jìn)行濕式磨削后，金剛石工具的 結(jié)合劑面生銹，在下次磨削開(kāi)始后其轉(zhuǎn)移至被磨削材料上，產(chǎn)生污濁； Co-Cu-Sn系金屬結(jié)合劑不生銹，但隨Co添加量的增加，成為硬結(jié)合劑，
使切割性降低，另外Co含量的增加也使金剛石工具的成本大大增加。
對(duì)于Ni-Cu-Sn系金屬結(jié)合劑，為使金剛石工具壽命延長(zhǎng)， 一般將M 量設(shè)定得較高，但隨Ni含量的增高，燒結(jié)溫度較高。為得到高密度的燒 結(jié)體，在燒結(jié)需施加高壓，如使用加熱不變形的石墨模具，模具在高溫高 壓下氧化、磨耗顯著，需頻繁更新，而適合高壓燒結(jié)且模具更換頻率小的 耐熱合金或耐熱鋼材具有燒結(jié)溫度上限，使結(jié)合劑中Ni的含量受到限制， 影響工具的使用壽命。
專利文獻(xiàn)5在含Ni量高于40%的Ni-Cu-Sn系金屬結(jié)合劑中加入Ag 使結(jié)合劑的燒結(jié)溫度降低至65(rC 85(TC之間，可以采用耐熱合金或耐熱
鋼材模具進(jìn)行燒結(jié)，制得了使用壽命長(zhǎng)適用于玻璃、陶瓷等脆性材料磨削 的砂輪，但Ni-Cu-Sn-Ag系金屬結(jié)合劑成本很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為了克服現(xiàn)有樹(shù)脂結(jié)合劑金剛石工具使用壽命短， 以及已公開(kāi)的金屬結(jié)合劑金剛石工具的缺點(diǎn)，而提供一種具有磨削鋒利， 磨削表面平整度和光滑性好，使用壽命長(zhǎng)，燒結(jié)溫度低，成本低，兼具環(huán)
保性的Al系金屬結(jié)合劑金剛石工具及其制造方法。
本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)達(dá)到上述目的的本發(fā)明的新型金屬結(jié) 合劑金剛石工具是以Al作為結(jié)合劑的基礎(chǔ)成分，由金屬結(jié)合劑與金剛石 磨粒結(jié)合而構(gòu)成，所述金屬結(jié)合劑包括如下成份(重量百分比) Al: 2 0 9 0% Ag: 2 3 0%
作為上述Al及的部分替換物，上述金屬結(jié)合劑中還可添加(重量百 分比)
Cu: 0 40% Ti: 0 20%
Mg: 1 0 2 0 Zn: 0 1 0 %
Ni: 0 20% Co: 0 20%。
Si: 1 1 0 %
的一種或幾種組合。所述金屬為粉末純金屬、也可以是包含兩個(gè)以上 組分的合金。
作為上述Al及Ag的部分替換物，上述金屬結(jié)合劑中還可添加增強(qiáng)材 料如石墨、氧化鋁等(重量百分比)0 6%。
另外，本發(fā)明提供了金屬結(jié)合劑金剛石工具的制造方法，其用金屬結(jié) 合劑將金剛石磨粒結(jié)合，包括
(a) 按結(jié)合劑化學(xué)組成稱取所需量的各組分，得到結(jié)合劑粉末混合 物，將該結(jié)合劑粉末混合物與金剛石磨粒混合；
(b) 使用模具，在200 66(TC下對(duì)所述金屬粉末和金剛石磨粒的混 合物燒結(jié)。
在上述制造方法中，金剛石磨粒的粒度、型號(hào)、濃度根據(jù)加工對(duì)象的 材質(zhì)和加工要求選定。
采用上述配方及工藝的本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于
本發(fā)明克服了樹(shù)脂結(jié)合劑金剛石工具和已公開(kāi)的金屬結(jié)合劑金剛石工 具的不利之處，本發(fā)明研制出Al系金屬結(jié)合劑金剛石工具及其制造方法， 采用了對(duì)金剛石磨粒結(jié)合性好并能夠牢固把持的Al系金屬結(jié)合劑，產(chǎn)品 磨削鋒利，使用壽命長(zhǎng)，燒結(jié)溫度低，成本低，有利于金剛石的防氧化保
護(hù)和節(jié)約能源，有利于降低模具損耗。同時(shí)被磨削表面平整度和光滑性好。 本發(fā)明的金屬結(jié)合劑，添加Cu、 Ni、 Co增加結(jié)合劑的導(dǎo)熱性或強(qiáng)度， 添加Ag、 Mg、 Zn、 Ti等增加結(jié)合劑的韌性及結(jié)合劑對(duì)金剛石的把持力。
具體實(shí)施例
實(shí)施例1:
結(jié)合劑組成Al: 30% Ag:3% Cu : 30%
Ti : 10% Zn :10% Mg: 12%
其余材料5% 金剛石粒度140/170，濃度60%
按照上述結(jié)合劑成分和金剛石磨具規(guī)格分別稱量相應(yīng)的粉末，加入要
求濃度量的金剛石，加入適量石蠟后，在混料機(jī)上充分混合24小時(shí)，備用。
將混合均勻的粉料裝入模具，放入氣氛保護(hù)的燒結(jié)爐中熱壓燒結(jié)，燒
結(jié)溫度為4 5(TC，保溫30分鐘，壓力為150噸
燒結(jié)完成后，脫模，將刀頭焊接到鋁合金基體上，即得到節(jié)塊式鋁基 金剛石磨具。
實(shí)施例2:
結(jié)合劑組成Al: 72% Ag: 14%
Ti : 9% Cu: 3 % Co: 2%
金剛石粒度120/140，濃度45%
按照上述結(jié)合劑成分和金剛石磨具規(guī)格分別稱量相應(yīng)的粉末，加入
要求濃度量的金剛石，加入適量石蠟后，在混料機(jī)上充分混合24小時(shí)，備用。
將混合均勻的粉料和鋁合金基體裝入模具，放入氣氛保護(hù)的燒結(jié)爐中
熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為38(TC，保溫30分鐘，壓力為150噸
燒結(jié)完成后，脫模，即得到整體式鋁基金剛石磨具。 實(shí)施例3:
結(jié)合劑組成 A150% Ag: 10% Cu: 22%
Ni : 5% Mg: 10% C: 3%
金剛石粒度120/140，濃度65%
按照上述結(jié)合劑成分和金剛石磨具規(guī)格分別稱量相應(yīng)的粉末，加
入要求濃度量的金剛石，加入適量石蠟后，在混料機(jī)上充分混合24小時(shí)，備用。
將混合均勻的粉料裝入模具，放入氣氛保護(hù)的燒結(jié)爐中熱壓燒結(jié)，燒
結(jié)溫度為45(TC，保溫30分鐘，壓力為120噸
燒結(jié)完成后，脫模，將刀頭焊接到鋁合金基體上，即得到節(jié)塊式鋁基 金剛石磨具。
實(shí)施例4:
結(jié)合劑組成A16 8% Ag: 20%
Zn: 8% Ti : 1%
A1203: 5%
金剛石粒度120/140，濃度45%
按照上述結(jié)合劑成分和金剛石磨具規(guī)格分別稱量相應(yīng)的粉末，加入要
求濃度量的金剛石，加入適量石蠟后，在混料機(jī)上充分混合24小時(shí)，備用。
將混合均勻的粉料和鋁合金基體裝入模具，放入氣氛保護(hù)的燒結(jié)爐中 熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為300。C，保溫10分鐘，壓力為100噸
燒結(jié)完成后，脫模，即得到整體式鋁基金剛石磨具。 實(shí)施例5:
結(jié)合劑組成Al-10Mg: 74% Ag: 10%
Ti : 3% Cu: 10% C: 3%
金剛石粒度120/140，濃度65%
首先制備含10% Mg的A1-Mg合金粉，按照上述結(jié)合劑成分和金剛石 磨具規(guī)格分別稱量相應(yīng)的粉末，加入要求濃度量的金剛石，加入適量石蠟 后，在混料機(jī)上充分混合24小時(shí)，備用。
將混合均勻的粉料裝入模具，放入氣氛保護(hù)的燒結(jié)爐中熱壓燒結(jié)，燒 結(jié)溫度為43(TC，保溫20分鐘，壓力為120噸
燒結(jié)完成后，脫模，將刀頭焊接到鋁合金基體上，即得到節(jié)塊式鋁基 金剛石磨具。
采用了本發(fā)明配方范圍的Al系金剛石磨具，經(jīng)實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)有技術(shù)及低含 量的Al基金剛石磨具相比具有顯著的性能優(yōu)勢(shì)，這也是現(xiàn)有的Al基金剛 石磨具無(wú)法推廣應(yīng)用的主要原因。
權(quán)利要求
1、 一種鋁基金屬結(jié)合劑金剛石工具，以A1作為結(jié)合劑的基礎(chǔ)成分， 由金屬結(jié)合劑與金剛石磨粒結(jié)合而構(gòu)成，其特征在于，該金屬結(jié)合劑是以Al作為結(jié)合劑的基礎(chǔ)成分，所述金屬結(jié)合劑包括如下成份(重量百分比)Al: 20 90% Ag: 2 30% 。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述鋁基金屬結(jié)合劑金剛石工具，其特征在于， 作為上述Al及Ag的部分替換物，上述金屬結(jié)合劑中還添加有下述成份的 一種或幾種組合(重量百分比)Cu: 0 40% Ti: 0 20%Mg: 1 0 2 0% Zn:0 1 0 %Ni: 0 20% Co: 0 20%。Si: 1 1 0 %
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述鋁基金屬結(jié)合劑金剛石工具，其特征在于， 所述金屬是釆用純金屬粉末或包含兩個(gè)以上組分的合金。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述鋁基金屬結(jié)合劑金剛石工具，其特征在于， 作為上述Al及Ag的部分替換物，上述金屬結(jié)合劑中還添加有增強(qiáng)材料 0 6% (重量百分比)。
5、 一種制造權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的鋁基金屬結(jié)合劑金剛石工具 的方法，其特征在于，它是用金屬結(jié)合劑將金剛石磨粒在低于66(TC結(jié)合， 包括如下工藝步驟(a) 按所述的金屬結(jié)合劑化學(xué)組成稱取所需量的各組分粉末，得到 結(jié)合劑粉末混合物，將該結(jié)合劑粉末混合物與金剛石磨?；旌?；(b) 使用模具，在200 66(TC下對(duì)所述金屬粉末和金剛石磨粒的混合物燒結(jié)即可。
6、如權(quán)利要求5所述制造方法，其特征在于，所述的新型金屬結(jié)合 劑金剛石工具的制造方法為先燒結(jié)刀頭，再焊接到基體上，或者將粉末與 基體冷壓后整體燒結(jié)，或者將粉末與基體直接熱壓成型。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鋁基金屬結(jié)合劑金剛石工具，它是以Al作為結(jié)合劑的基礎(chǔ)成分，由金屬結(jié)合劑與金剛石磨粒結(jié)合而構(gòu)成，其特征在于，該金屬結(jié)合劑是以Al作為結(jié)合劑的基礎(chǔ)成分，所述金屬結(jié)合劑包括如下成份(重量百分比)Al20～90％；Ag2～30％。本發(fā)明還提供了上述金屬結(jié)合劑金剛石工具制造工藝。上述金剛石工具具有如下特點(diǎn)1.磨削鋒利，不堵塞，噪音小；2.修整的陶瓷磚四邊平整、光滑，且尺寸保持性好，不易產(chǎn)生彎邊；3.使用壽命長(zhǎng)，是同等規(guī)格樹(shù)脂金剛石磨具的3倍以上；4.生產(chǎn)成本低；5.燒結(jié)溫度低，節(jié)省能源；6.生產(chǎn)周期短，制備方便。
文檔編號(hào)B24D18/00GK101121255SQ20061003756
公開(kāi)日2008年2月13日 申請(qǐng)日期2006年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月7日
發(fā)明者劉雪敬, 王雙喜, 彪 耿, 黃國(guó)權(quán) 申請(qǐng)人:廣東科信達(dá)科技有限公司