一種制備金剛石工具的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了屬于制備金剛石工具【技術(shù)領(lǐng)域】的一種制備金剛石工具的方法。尤其適于制備單層金剛石工具，其制備步驟包括金屬基體的制備；金剛石顆粒的噴撒；合金粉末膠性溶液的制備；合金粉末的噴涂；加熱熔融，最終制備得到單層金剛石工具；本發(fā)明的方法可以大幅度降低金剛石的耗量，降低成本，可以較容易地制造出適于不同加工條件的金剛石工具；噴涂的合金粉漿的成份配制十分方便，而且制造的金剛石工具具有很高的使用壽命。
【專利說(shuō)明】一種制備金剛石工具的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金剛石工具制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種制備金剛石工具的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自本項(xiàng)目技術(shù)發(fā)明人于1985年獲得中國(guó)發(fā)明專利CN85100286A“金剛石表面金屬化的技術(shù)”之后，在國(guó)內(nèi)掀起研究金剛石表面涂敷金屬合金，金剛石晶體焊接和單層金剛石釬焊技術(shù)熱潮。概觀上述所有工作，幾乎均建立在本項(xiàng)技術(shù)發(fā)明人提出的添加強(qiáng)碳化物形
成元素，諸如T1、Zr、Cr、V、Ta、Nb、Hf......于Cu、Ag基合金中，通過(guò)合金與金剛石的界面反
應(yīng)，在金剛石表面產(chǎn)生相應(yīng)的碳化物，從而改善了釬焊合金對(duì)金剛石的焊接。這些工作極大地增強(qiáng)了金剛石工具中金屬胎體對(duì)金剛石的結(jié)合力，提高了我國(guó)金剛石工具的品質(zhì)，擴(kuò)大了金剛石工具的品種。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明正是建立在發(fā)明人早年發(fā)明專利“金剛石表面金屬化的技術(shù)”和獲得國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng)“金屬合金對(duì)金剛石的粘結(jié)技術(shù)”基礎(chǔ)上，提出一個(gè)更合理，更適于產(chǎn)業(yè)化，具有更好質(zhì)量的金剛石工具制造技術(shù)，尤其適合于制備單層金剛石工具。
[0004]本發(fā)明的目的是提供一種更適于產(chǎn)業(yè)化，具有更好質(zhì)量金剛石工具的制備方法。本方法制造的金剛石工具有如下性能特點(diǎn):
[0005]1、基于金剛石磨粒預(yù)先撒布并固結(jié)在金屬基體上，金剛石磨粒在工具表面分布疏密將易于控制，避免了金剛石磨粒重復(fù)工作，大幅度降低金剛石的耗量，降低成本。
[0006]2、金剛石工具中金剛石磨粒的出刃大小，由噴涂的合金粉漿的厚度控制，可以較容易地制造出適于不同加工條件的金剛石工具。
[0007]3、噴涂的合金粉漿的成份配制十分方便，可以較方便地選用對(duì)金剛石有很強(qiáng)粘結(jié)力，有適當(dāng)熔融溫度并有不同耐磨性的合金粘合層，本技術(shù)制造的金剛石工具將具有很高的使用壽命。
[0008]本發(fā)明的上述目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0009]本發(fā)明提供的一種金剛石工具的制備方法，其步驟如下:
[0010](I)金屬基體的制備
[0011]選定金屬基體材料，按工具的圖紙要求機(jī)械加工成型，將需要噴涂金剛石的表面加工至表面粗糙度為Ral.6?2.0，并清理干凈備用；
[0012](2)金剛石顆粒的噴撒
[0013]在需要噴涂金剛石的金屬基體的表面預(yù)涂敷一薄層油漆，在油漆層粘連狀態(tài)下，將金剛石顆粒，尤其是-36目至-300目，撒布在涂敷油漆的金屬基體的表面上；然后涼干或在100?200°C烘干，獲得粘有金剛石顆粒的金屬基體；
[0014](3)合金粉末膠性溶液的制備，
[0015]將粒度為-150目至-400目的80?97wt%低熔點(diǎn)金屬，3?20wt%的強(qiáng)碳化物形成元素混合，形成混合粉，并在所得混合粉中加入汽油橡膠稀溶液，成漿狀，攪拌均勻后，得溶液粉漿，密閉待用；
[0016](4)合金粉末的噴涂
[0017]將步驟(3)所得溶液粉漿，噴涂于步驟(2)所述粘有金剛石顆粒的金屬基體的表層，獲得金剛石噴涂件；
[0018](5)加熱熔融
[0019]將步驟(4)所得金剛石噴涂件置于真空度10_2?KT4Pa的真空爐中，加熱溫度在粉體熔點(diǎn)以上，保溫10?30分鐘，得單層金剛石工具。
[0020]一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于:所述步驟(I)中所述金屬基體材料為45號(hào)鋼、9CrSi或軸承鋼。
[0021]一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于:所述步驟(2)中所述油漆為酚醛清漆與丙酮的稀溶液，其中，酚醛清漆與丙酮的體積比例為(I?3):10。
[0022]一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于:所述步驟(3)中所述80?97wt%低熔點(diǎn)金屬為Cu、Ag、Sn、N1、Co中的一種或多種；所述3?20wt%的強(qiáng)碳化物形成元素為T1、Zr、Cr、Ta、Nb、Hf、V中的一種或多種。
[0023]一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于:所述步驟(3)中所述汽油橡膠溶液為航空汽油與丁鈉橡膠的溶液，其中，航空汽油與丁鈉橡膠的體積比例10:(1?3)。
[0024]一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于:所述步驟(4)中所述溶液粉漿的噴涂層厚度為
0.1 ?L 5mm，。
[0025]一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于:所述步驟(5)中所述加熱溫度為800?1100°C。
[0026]本發(fā)明的有益效果為:
[0027]本發(fā)明涉及一種制備金剛石工具的方法，尤其適于制備單層金剛石工具，其制備步驟包括金屬基體的制備；金剛石顆粒的噴撒；合金粉末膠性溶液的制備；合金粉末的噴涂；加熱熔融，最終制備得到單層金剛石工具使用壽命可提高20%至30%。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面的實(shí)施例可以使本專業(yè)技術(shù)人員更全面的理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。
[0029]實(shí)施例1
[0030]一種制備金剛石工具的方法，其步驟如下:
[0031](I)金屬基體的制備
[0032]根據(jù)所制造的金剛石工具的要求，選定金屬基體材料，按工具的圖紙要求機(jī)械加工成型，將需要噴涂金剛石的表面加工至表面粗糙度為Ral.6，并清理干凈備用；
[0033](2)金剛石顆粒的撒布
[0034]在需要噴涂金剛石的金屬基體的表面預(yù)涂敷一薄層酚醛清漆與丙酮的稀溶液，其中，酚醛清漆與丙酮的體積比例為I比10，在油漆層粘連狀態(tài)下，將金剛石顆粒撒布在涂敷油漆的金屬基體的表面上，獲得疏密可控，分布均勻的單層金剛石顆粒排布；然后涼干，金剛石顆粒將較為牢固地粘在金屬基體上；
[0035](3)合金粉末膠性溶液的制備[0036]將粒度為-150目的低熔點(diǎn)金屬(Cu、Sn、Ni)和強(qiáng)碳化物形成元素(Ti)，按比例配比混合均勻，其配比如下:
[0037]90wt%的低熔點(diǎn)金屬，由重量份比是70:20:3的Cu、Sn、Ni組成；
[0038]10wt%的強(qiáng)碳化物形成元素為Ti ；
[0039]并在上述混合粉中加入航空汽油與丁鈉橡膠稀溶液，成漿狀，其中，加入的航空汽油與丁鈉橡膠的體積比例為10比3，攪拌均勻后，得溶液粉漿，密閉待用；
[0040]( 4 )合金粉末的噴涂
[0041]將步驟(3)所得溶液粉漿，以氣流噴涂于步驟(2)所述粘有金剛石顆粒的金屬基體表層，獲得金剛石噴涂件。
[0042]這時(shí)具有膠性的金屬合金粉漿將均勻地噴灑進(jìn)金剛石顆粒之間的縫隙中，并十分均勻地鋪蓋了整個(gè)金剛石層，粉末噴涂層厚度為0.3_至1.5_。
[0043](5)加熱熔融
[0044]將步驟(4)所得金剛石噴涂件置于真空度10_2Pa的真空爐中，加熱溫度800至1100°c，保溫10分鐘，基于所用金屬合金對(duì)金剛石及金屬基體均有良好的浸潤(rùn)性，因?yàn)楹辖鹑芤河泻軓?qiáng)表面張力，足以克服本身的重力，使孕育著單層金剛石顆粒的合金層能均勻地輔展在形狀復(fù)雜的基體表面上。
[0045]實(shí)施例2
[0046]實(shí)施例1-(I)所述的金屬基體的制備，材料可以是45號(hào)鋼、9CrSi或軸承鋼，其余實(shí)施步驟與實(shí)施例1相同。
[0047]實(shí)施例3
[0048]實(shí)施例1-(3)所述的合金粉末膠性溶液的制備是將粒度為-150目至-400目的低熔點(diǎn)金屬(Cu、Sn、Ni)和強(qiáng)碳化物形成元素(Ti)，按比例配比混合均勻，其配比如下:
[0049]97wt%的低熔點(diǎn)金屬，由重量份比是90:5:1的Cu、Sn、Ni組成；
[0050]3wt%的強(qiáng)碳化物形成元素為Ti ；
[0051]并在上述混合粉中加入汽油橡膠稀溶液，成漿狀，攪拌均勻后，得溶液粉漿，密閉待用；
[0052]其余實(shí)施步驟與實(shí)施例1相同。
[0053]實(shí)施例4
[0054]實(shí)施例1-(3)所述的合金粉末膠性溶液的制備是將粒度為-150目的低熔點(diǎn)金屬(Ag、Cu、Co)和強(qiáng)碳化物形成元素(Cr)，按比例配比混合均勻，其配比如下:
[0055]95wt%的低熔點(diǎn)金屬，由重量份比是60:50:2的Ag、Cu、Co組成；
[0056]5wt%的強(qiáng)碳化物形成元素，強(qiáng)碳化物形成元素為Cr ；
[0057]并在上述混合粉中加入汽油橡膠稀溶液，成漿狀，攪拌均勻后，得溶液粉漿，密閉待用；
[0058]其余實(shí)施步驟與實(shí)施例1相同。
[0059]實(shí)施例5
[0060]實(shí)施例1-(3)所述的合金粉末膠性溶液的制備是將粒度為-400目的低熔點(diǎn)金屬(Cu, Sn)和強(qiáng)碳化物形成元素(T1、Cr)，按比例配比混合均勻，其配比如下:
[0061]95wt%的低熔點(diǎn)金屬，由重量份比是17:2的Cu、Sn組成；[0062]5wt%的強(qiáng)碳化物形成元素，由重量份比是3:2的T1、Cr組成；
[0063]并在上述混合粉中加入汽油橡膠稀溶液，成漿狀，攪拌均勻后，得溶液粉漿，密閉待用；
[0064]其余實(shí)施步驟與實(shí)施例1相同。
[0065]實(shí)施例6
[0066]實(shí)施例1-(3)所述的合金粉末膠性溶液的制備是將粒度為-150目的低熔點(diǎn)金屬(Cu)和強(qiáng)碳化物形成元素(Ti)，按比例配比混合均勻，其配比如下:
[0067]95wt%的低熔點(diǎn)金屬Cu ；
[0068]5wt%的強(qiáng)碳化物形成元素Ti ；
[0069]并在上述混合粉中加入汽油橡膠稀溶液，成漿狀，攪拌均勻后，得溶液粉漿，密閉待用；
[0070]其余實(shí)施步驟與實(shí)施例1相同。
[0071]實(shí)施例7
[0072]實(shí)施例1-(3)所述的合金粉末膠性溶液的制備是將粒度為-150目的低熔點(diǎn)金屬(Cu, Sn)和強(qiáng)碳化物形成元素(Cr、Zr、Nb)，按比例配比混合均勻，其配比如下:
[0073]80wt%低熔點(diǎn)金屬，由重量份比為7:1的Cu和Sn組成；
[0074]20wt%強(qiáng)碳化物形成元素，由重量份比為15:2:3的Cr、Zr和Nb組成；
[0075]并在上述混合粉中加入汽油橡膠稀溶液，成漿狀，攪拌均勻后，得溶液粉漿，密閉待用；
[0076]其余實(shí)施步驟與實(shí)施例1相同。
[0077]實(shí)施例8
[0078]實(shí)施例1-(3)所述的合金粉末膠性溶液的制備是將粒度為-400目的低熔點(diǎn)金屬(Cu)和強(qiáng)碳化物形成元素(Cr、Ta)，按比例配比混合均勻，其配比如下:
[0079]95wt%的低熔點(diǎn)金屬，由Cu組成；
[0080]5wt%強(qiáng)碳化物形成元素，由重量份比為4:1的Cr和Ta組成；
[0081]并在上述混合粉中加入汽油橡膠稀溶液，成漿狀，攪拌均勻后，得溶液粉漿，密閉待用；
[0082]其余實(shí)施步驟與實(shí)施例1相同。
[0083]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種金剛石工具的制備方法，其特征在于步驟如下: (1)金屬基體的制備 選定金屬基體材料，按工具的圖紙要求機(jī)械加工成型，將需要噴涂金剛石的表面加工至表面粗糙度為Ral.6?2.0，并清理干凈備用； (2)金剛石顆粒的噴撒 在需要噴涂金剛石的金屬基體的表面預(yù)涂敷一薄層油漆，在油漆層粘連狀態(tài)下，將金剛石顆粒，按工具的設(shè)計(jì)需要撒布在涂敷油漆的金屬基體的表面上；然后涼干或在100?200°C供干，獲得粘有金剛石顆粒的金屬基體； (3)合金粉末膠性溶液的制備， 將粒度為-150目至-400目的80?97wt%低熔點(diǎn)金屬，3?20wt%的強(qiáng)碳化物形成元素混合，形成混合粉，并在所得混合粉中加入汽油橡膠稀溶液，成漿狀，攪拌均勻后，得溶液粉漿，密閉待用； (4)合金粉末的噴涂 將步驟(3)所得溶液粉漿，噴涂于步驟(2)所述粘有金剛石顆粒的金屬基體的表層，獲得金剛石噴涂件； (5)加熱熔融 將步驟(4)所得金剛石噴涂件置于真空度10_2?10_4Pa的真空爐中，加熱溫度在粉體熔點(diǎn)以上，保溫10?30分鐘，得單層金剛石工具。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石工具的制備方法，其特征在于:所述金剛石顆粒是36目?300目的磨料級(jí)金剛石。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石工具的制備方法，其特征在于:所述步驟(1)中所述金屬基體材料為45號(hào)鋼、9CrSi或軸承鋼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石工具的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中所述油漆為酚醛清漆與丙酮的稀溶液，其中，酚醛清漆與丙酮的體積比例為(1?3):10。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石工具的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中所述80?97wt%低熔點(diǎn)金屬為Cu、Ag、Sn、N1、Co中的一種或多種；所述3?20wt%的強(qiáng)碳化物形成元素為T1、Zr、Cr、Ta、Nb、Hf、V中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石工具的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中所述汽油橡膠溶液為航空汽油與丁鈉橡膠的溶液，其中，航空汽油與丁鈉橡膠的體積比例為10:(1 ?3)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石工具的制備方法，其特征在于:所述步驟(4)中所述溶液粉漿的噴涂層厚度為0.1?1.5mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石工具的制備方法，其特征在于:所述步驟(5)中所述加熱溫度為800?1100°C。
【文檔編號(hào)】B24D18/00GK103831744SQ201310744105
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】林曾棟, 印紅羽, 彭曉芙 申請(qǐng)人:北京市粉末冶金研究所有限責(zé)任公司