專利名稱：一種增強(qiáng)燒結(jié)金剛石結(jié)塊中磨粒把持強(qiáng)度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廣泛應(yīng)于礦山、石材、混凝土、工程材料和金屬構(gòu)件 等加工領(lǐng)域的金剛石工具結(jié)塊的制造方法。
背景技術(shù)：
金剛石結(jié)塊是組成金剛石工具的關(guān)鍵部件，廣泛應(yīng)用于礦山、石材、 混凝土等硬脆性材料加工領(lǐng)域，其加工的實(shí)質(zhì)是通過固結(jié)于結(jié)塊胎體上的 磨粒進(jìn)行材料去除加工。目前所有的金剛石結(jié)塊幾乎都是用燒結(jié)工藝實(shí)現(xiàn) 對(duì)磨粒的固結(jié)。然而現(xiàn)有燒結(jié)金剛石結(jié)塊胎體對(duì)磨粒的把持主要是通過機(jī) 械包鑲實(shí)現(xiàn)，把持強(qiáng)度相當(dāng)有限。在加工過程中，受機(jī)械載、熱沖擊等載 荷頻繁作用，磨粒極易脫離胎體，導(dǎo)致磨粒提前喪失工作能力。大量磨粒 從胎體脫落，不僅導(dǎo)致磨粒大量浪費(fèi)，更會(huì)導(dǎo)致結(jié)塊變鈍而喪失加工能力， 影響加工效率和加工經(jīng)濟(jì)性。
工程實(shí)踐表明，只有磨粒與胎體間發(fā)生化學(xué)結(jié)合，采用實(shí)現(xiàn)磨粒的有 效把持。但現(xiàn)有的燒結(jié)結(jié)塊胎體材料由于受溫度、耐磨性等要求的限制，
很能和磨粒發(fā)生反應(yīng)。上世紀(jì)90年代提出的金剛石釬焊技術(shù)應(yīng)用表明采用 活性材料可以有效解決磨粒化學(xué)把持問題。但若直接將燒結(jié)結(jié)塊的胎體材 料換成活性材料，將會(huì)出現(xiàn)磨粒團(tuán)聚、難出刃和高成本問題。能在有效保 留現(xiàn)有燒結(jié)結(jié)塊骨架結(jié)構(gòu)作用的基礎(chǔ)上充分利用活性材料特性的方法尚未 見報(bào)道。
同時(shí)，從燒結(jié)結(jié)塊表面磨粒出刃及拖尾特征可知，磨粒把持是具有方 向性的，這恰是源于磨粒承受載荷具有方向性的。如果能正確根據(jù)磨粒承受載荷的方向來設(shè)計(jì)磨粒在胎體中應(yīng)具有的把持方位，必能大大提高結(jié)塊 磨粒的工作壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種增強(qiáng)燒結(jié)金剛石結(jié)塊中磨粒把持強(qiáng)度的方 法，其能在保留現(xiàn)有燒結(jié)結(jié)塊胎體骨架作用的基礎(chǔ)上，極大增強(qiáng)磨粒的把 持強(qiáng)度。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的 一種增強(qiáng)燒結(jié)金剛石結(jié)塊中磨粒把持強(qiáng)
度的方法，在金剛石結(jié)塊燒結(jié)之前，根據(jù)結(jié)塊實(shí)際應(yīng)用場合確定磨粒受載 的方向和需要把持方位，將活性材料定位添加到胎體與磨粒待把持部位之
間；在結(jié)塊燒結(jié)時(shí)，將燒結(jié)溫度提升到活性材料能與磨粒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的 活化溫度范圍內(nèi)，并保溫一定時(shí)間，使磨粒與活性材料所含的活性元素或 活性元素的化合物發(fā)生反應(yīng)并形成化學(xué)結(jié)合過渡層，冷卻后即可得到具有 定方位化學(xué)結(jié)合的強(qiáng)磨粒把持效果的金剛石結(jié)塊。
上述的活性材料是在一定溫度下能和磨粒發(fā)生化學(xué)結(jié)合的合金粉末， 這種合金粉末由質(zhì)量百分比為4.5~15.1: 84.9-95.5活性元素和活性元素的 載體或溶劑混合而成，活性元素可用鈦(Ti)、鉻(Cr)、鴒(W)、鈷(Co)、 釩(V)、鉬(Mo)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、錳(Mn)、鋁(Al)、 硅(Si)中的一種或多種，載體或溶劑可用鎳(Ni)、銀(Ag)、銅(Cu)、 鐵(Fe)、碳(C)、硼(B)、磷(P)中的一種或多種。
所述的磨粒是金剛石或表面經(jīng)過處理的金剛石。
采用上述方案后，利用本發(fā)明方法制造的金剛石結(jié)塊保留了傳統(tǒng)燒結(jié) 結(jié)塊胎體骨架的作用，同時(shí)通過定位添加活性材料，完美實(shí)現(xiàn)胎體對(duì)磨粒 定方位針對(duì)性牢固把持，徹底改善了傳統(tǒng)燒結(jié)結(jié)塊磨粒把持力不足問題。
具體實(shí)施例方式
以下通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
本發(fā)明所用的活性材料是在一定溫度下能和磨粒發(fā)生化學(xué)結(jié)合的合金 粉末，這種合金粉末由質(zhì)量百分比為4.5~15.1:84.9~95.5的活性元素和活性 元素的載體(或溶劑)組成，活性元素可用鈥(Ti)、鉻(Cr)、鴒(W)、鈷 (Co)、釩(V)、鉬(Mo)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、錳(Mn)、鋁 (Al)、硅(Si)中的一種或多種，活性元素的載體(或溶劑)可用鎳(Ni)、 銀(Ag)、銅(Cu)、鐵(Fe)、碳(C)、硼(B)、磷(P)中的一種或多種。 實(shí)施例l:本發(fā)明一種增強(qiáng)燒結(jié)金剛石結(jié)塊中磨粒把持強(qiáng)度的方法，在 金剛石結(jié)塊燒結(jié)之前，根據(jù)金剛石結(jié)塊的使用確定對(duì)磨粒的把持方位，將 活性材料定點(diǎn)添加在磨粒待把持部位與胎體之間。本實(shí)施例所用的活性材 料是由7%的鉻(Cr )、 3.1%的硼(B )、 4.5%的硅(Si )、 3%的4失(Fe )、 0.1% 的碳(C)和82%的鎳(Ni)構(gòu)成的粒徑約為150pm的金屬合金粉末(上 述各成分的比例為質(zhì)量百分比)，其中，所用的活性元素為鉻和硅；所用的 載體為硼、鐵、碳和鎳，活性元素與載體的質(zhì)量百分比為11.5: 88.5。此活
性材料的活化溫度為1000 1080攝氏度。定點(diǎn)添加的活性材料的量應(yīng)足以 在磨粒受把持處與胎體之間形成厚度為10~500nm的過渡層；然后將預(yù)先 添加活性材料的結(jié)塊進(jìn)行燒結(jié)，溫度升至1040攝氏度并保溫2分鐘，期間， 活性材料熔化成液相并和磨粒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，本實(shí)施例所產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng) 主要是活性材料所含的Cr元素與磨粒的C元素發(fā)生化合，產(chǎn)生Cr的碳化 物，形成牢固的化學(xué)結(jié)合過渡層，最終獲得具有定方位-強(qiáng)把持力的金剛石 結(jié)塊。
實(shí)施例2:本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于所用的活性材料是由15% 的鉻(Cr)、 0.01。/o的硼(B)、 0.1。/o的硅(Si)、 0.01。/o的鐵(Fe)、 9.7~10.5% 的磷(P)和74.38~75.18%的鎳(Ni)組成的合金粉末(上述各成分的比例 為質(zhì)量百分比)，其中，所用的活性元素為4各和硅，所用的載體為硼、鐵、 磷和鎳，活性元素與載體的質(zhì)量百分比為15.1: 84.9。其燒結(jié)溫度控制在 920攝氏度并保溫2分鐘，獲得以Cr的碳化物為化學(xué)結(jié)合過渡層的強(qiáng)把持 力的金剛石結(jié)塊。
實(shí)施例3:本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于所用的活性材料是由68.8% 的銀(Ag)、 26.7%的銅(Cu)和4.5%的鈦(Ti)組成的合金粉末(上述各成 分的比例為質(zhì)量百分比)，其中，所用的活性元素為鈦，所用的載體為銀和 銅，活性元素與載體的質(zhì)量百分比為4.5: 95.5。其燒結(jié)溫度控制在910攝 氏度并保溫5分鐘，同樣可以獲得以Ti的碳化物為化學(xué)結(jié)合過渡層的強(qiáng)把 持力的金剛石結(jié)塊。
上述各實(shí)施例中，所用的活性材料可呈層狀分布在胎體中，層狀活性 材料的厚度約為20~150%的磨粒粒徑。
上述各實(shí)施例中，所用的活性材料可呈線體狀分布在胎體中，線體狀 活性材料的厚度約為20 150%的磨粒粒徑。
上述各實(shí)施例中，還可在進(jìn)行活性材料定點(diǎn)添加前，將活性材料以質(zhì) 量不少于25%的比例與胎體材料均勻混和成活性混合物，再將活性混合物 進(jìn)4亍定點(diǎn)添力口。
僅是為7舉二說明本發(fā)^的原理。在不偏離本發(fā)明精;和范圍的前提^， 所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)許多更改，包括對(duì)材料、結(jié)構(gòu)、形式、功能 和使用所做的改進(jìn)，但所附的權(quán)利要求書旨在涵蓋這些更改。
權(quán)利要求
1、一種增強(qiáng)燒結(jié)金剛石結(jié)塊中磨粒把持強(qiáng)度的方法，其特征在于:在金剛石結(jié)塊燒結(jié)之前，根據(jù)結(jié)塊實(shí)際應(yīng)用場合確定磨粒受載的方向和需要把持方位，將活性材料定位添加到胎體與磨粒待把持部位之間；在結(jié)塊燒結(jié)時(shí)，將燒結(jié)溫度提升到活性材料能與磨粒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活化溫度范圍內(nèi)，并保溫一定時(shí)間，使磨粒與活性材料所含的活性元素或活性元素的化合物發(fā)生反應(yīng)并形成化學(xué)結(jié)合過渡層，冷卻后即可得到具有定方位化學(xué)結(jié)合的強(qiáng)磨粒把持效果的金剛石結(jié)塊。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增強(qiáng)燒結(jié)金剛石節(jié)塊中磨粒把持強(qiáng)度的 方法，其特征在于上述的活性材料是在一定溫度下能和磨粒發(fā)生化學(xué)結(jié) 合的合金粉末，這種合金粉末由質(zhì)量百分比為4.5~15.1: 84.9 95.5活性元 素和活性元素的載體或溶劑混合而成，活性元素可用鈦、鉻、鴒、鈷、釩、 鉬、鋯、鈮、鉭、錳、鋁、硅中的一種或多種，載體或溶劑可用鎳、銀、 銅、鐵、碳、硼、磷中的一種或多種。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)燒結(jié)金剛石節(jié)塊中磨粒把持強(qiáng)度的方法， 其特征在于所述的磨粒是金剛石或表面經(jīng)過處理的金剛石。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種增強(qiáng)燒結(jié)金剛石結(jié)塊中磨粒把持強(qiáng)度的方法，在節(jié)塊燒結(jié)之前，預(yù)先考慮磨粒加工中受載確定磨粒需要把持的方位，將活性材料定位放置于磨粒外表面待把持部位與結(jié)塊胎體之間；燒結(jié)過程中，當(dāng)溫度上升到活性材料的活化溫度范圍內(nèi)，活性材料與磨粒之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成牢固的化學(xué)結(jié)合過渡面。本發(fā)明方法在保留現(xiàn)有燒結(jié)金剛石結(jié)塊胎體骨架作用前提下，改變了燒結(jié)金剛石結(jié)塊中磨粒的機(jī)械包鑲機(jī)制，而且考慮預(yù)先考慮到磨粒在應(yīng)用中受載的方位，其實(shí)質(zhì)是通過對(duì)磨粒實(shí)施定位化學(xué)結(jié)合來增強(qiáng)磨粒的把持效果。因此本發(fā)明的實(shí)施，可以有效提高磨粒的把持效果，防止磨粒發(fā)生非正常脫離胎體，充分發(fā)揮了節(jié)塊上每顆磨粒的切削性，延長節(jié)塊的使用壽命，降低加工經(jīng)濟(jì)性，可用于各種燒結(jié)金剛石工具的結(jié)塊制造。
文檔編號(hào)B24D18/00GK101380728SQ20081007190
公開日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2008年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月25日
發(fā)明者徐西鵬, 遠(yuǎn) 李, 輝 黃, 黃國欽 申請(qǐng)人:華僑大學(xué)