一種稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石鉆頭及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石鉆頭及其制造方法：(1)將一定濃度、不同粒度的人造單晶金剛石粉末與金屬結(jié)合劑混合制作鉆頭，該金屬結(jié)合劑包括鎢40％～75％、鎳2％～5％、鐵2％～5％、錫8％～30％、銅7％～20％、錳0.5％～1％、稀土元素0.1％～1％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。(2)鉆頭冷壓成型后，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度900～950℃，壓力150～200KN，保溫時間25～35分鐘。(3)隨后進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度850～900℃，壓力90～120MPa，保溫時間5～10分鐘。(4)將燒結(jié)后的鉆頭焊在鉆桿基體上，也可直接將鉆頭熱壓燒結(jié)在鉆桿上。本發(fā)明可以顯著提高金剛石顆粒的把持力，增加鉆頭的耐磨性，從而提高加工性能和鉆頭壽命。
【專利說明】一種稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石鉆頭及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石鉆頭及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]金剛石鉆頭廣泛應(yīng)用于石材開采、建筑施工、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域，常用金剛石鉆頭胎體包括鐵基和鈷基，鐵基胎體具有較高的力學(xué)性能，對金剛石也有較好的潤濕性，并且成本低廉，但其自銳性欠佳；而鈷基胎體具有很好的成形性和可燒結(jié)性，對金剛石的潤濕性好，粘結(jié)力大，韌性好，自銳性也好，它是金剛石工具領(lǐng)域應(yīng)用最廣的一種胎體。但是鈷基胎體上的金剛石靠機(jī)械方式把持，導(dǎo)致金剛石顆粒不能完全出露進(jìn)行有效切削，而且還會因拉拔力的作用使其嚴(yán)重?fù)p耗，使得金剛石磨粒脫落現(xiàn)象嚴(yán)重。在金屬結(jié)合劑金剛石工具中，有時會添加少量鎢粉，這是因?yàn)榻饘冁u除了能與其他金屬產(chǎn)生固熔強(qiáng)化外，還是強(qiáng)碳化物形成元素，可以和金剛石產(chǎn)生化學(xué)冶金結(jié)合，這樣有利于提高胎體對金剛石的包鑲力。但是鎢的熔點(diǎn)高達(dá)3940°C，以鎢作為基體進(jìn)行燒結(jié)所需要的溫度超過金剛石所承受的能力，導(dǎo)致金剛石磨粒的石墨化。本發(fā)明要解決的主要技術(shù)問題在于提出一種鎢基金剛石鉆頭及其制造方法，通過活化元素的添加降低鎢基金剛石鉆頭的燒結(jié)溫度，同時添加稀土成分控制晶粒的長大，從而實(shí)現(xiàn)聞性能鶴基金剛石鉆頭的制造。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石鉆頭及其制造方法。
[0004]本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下:
[0005]一種稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石鉆頭的制造方法，其特征在于:
[0006](I)將一定濃度、不同粒度的人造單晶金剛石粉末與金屬結(jié)合劑混合制作鉆頭，該金屬結(jié)合劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)包括鎢40%?75%、鎳2%?5%、鐵2%?5%、錫8%?30%、銅7%?20%、錳0.5%?1%、稀土元素0.1%?1% ；
[0007](2)鉆頭冷壓成型后，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度900?950°C，壓力150?200KN，保溫時間25?35分鐘；
[0008](3)隨后進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度850?900°C，壓力90?120MPa，保溫時間5?10分鐘；
[0009](4)將燒結(jié)后的鉆頭焊在鉆桿基體上，或直接將鉆頭熱壓燒結(jié)在鉆桿上。
[0010]其中，上述步驟⑴中，金剛石濃度優(yōu)選為50 %?100 %，粒度為35/40?170/200。
[0011]其中，上述步驟⑴中，稀土元素優(yōu)選為鑭或鑭的化合物，稀土元素的添加有利于晶粒的細(xì)化及晶粒長大的抑制。
[0012]其中，所述鑭的化合物優(yōu)選包括氧化鑭、硫酸鑭、硝酸鑭或氯化鑭中的至少一種。
[0013]一種稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石鉆頭，其特征在于:包括金剛石粉末以及金屬結(jié)合劑，其中該金屬結(jié)合劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)包括鎢40%?75%、鎳2%?5%、鐵2%?5%、錫8%?30%、銅?%?20%、錳0.5%?1%、稀土元素0.1%?1%。本發(fā)明的有益效果是:
[0014]本發(fā)明提出一種稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石鉆頭及其制造方法，利用鎢與金剛石的化學(xué)冶金結(jié)合提高金剛石顆粒在鉆頭上的把持力，通過活化元素的添加降低鎢基金剛石鉆頭的燒結(jié)溫度(降低至800-950度)，從而實(shí)現(xiàn)高性能(致密度超過92%，硬度超過HRC63.5)鎢基金剛石鉆頭的制造。

【具體實(shí)施方式】
[0015]以下通過【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步的說明和描述。
[0016]實(shí)施例1:
[0017](I)將濃度75%、40/50的人造單晶金剛石粉末與金屬結(jié)合劑混合制作鉆頭，該金屬結(jié)合劑包括鎢75%、鎳5%、鐵4%、錫8%、銅7%、錳0.5%、氧化鑭0.5% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))；
[0018](2)鉆頭冷壓成型后，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度950°C，壓力150KN，保溫時間30分鐘；
[0019](3)隨后進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度850°C，壓力90MPa，保溫時間7分鐘；
[0020](4)將燒結(jié)后的鉆頭焊在鉆桿基體上。
[0021]實(shí)施案例I得到的金剛石磨頭致密度為92%，硬度HRC63.5。實(shí)施例2:
[0022](I)將濃度75%、40/50的人造單晶金剛石粉末與金屬結(jié)合劑混合制作鉆頭，該金屬結(jié)合劑包括鎢70%、鎳5%、鐵4%、錫11%、銅9%、錳0.5%、氧化鑭0.5% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))；
[0023](2)鉆頭冷壓成型后，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度950°C，壓力150KN，保溫時間30分鐘；
[0024](3)隨后進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度850°C，壓力90MPa，保溫時間7分鐘；
[0025](4)將燒結(jié)后的鉆頭焊在鉆桿基體上。
[0026]實(shí)施案例2得到的金剛石磨頭致密度為93%，硬度HRC63.8。
[0027]實(shí)施例3:
[0028](I)將濃度75%、40/50的人造單晶金剛石粉末與金屬結(jié)合劑混合制作鉆頭，該金屬結(jié)合劑包括鎢60%、鎳5%、鐵4%、錫17%、銅13%、錳0.5%、氧化鑭0.5% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))；
[0029](2)鉆頭冷壓成型后，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度950°C，壓力150KN，保溫時間30分鐘；
[0030](3)隨后進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度850°C，壓力90MPa，保溫時間7分鐘；
[0031](4)將燒結(jié)后的鉆頭焊在鉆桿基體上。
[0032]實(shí)施案例3得到的金剛石磨頭致密度為94%，硬度HRC64.1。
[0033]實(shí)施例4:
[0034](I)將濃度75%、40/50的人造單晶金剛石粉末與金屬結(jié)合劑混合制作鉆頭，該金屬結(jié)合劑包括鎢55%、鎳5%、鐵4%、錫20%、銅15%、錳0.5%、氧化鑭0.5% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))；
[0035](2)鉆頭冷壓成型后，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度950°C，壓力150KN，保溫時間30分鐘；
[0036](3)隨后進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度850°C，壓力90MPa，保溫時間7分鐘；
[0037](4)將燒結(jié)后的鉆頭焊在鉆桿基體上。
[0038]實(shí)施案例4得到的金剛石磨頭致密度為95%，硬度HRC64.7。
[0039]實(shí)施例5:
[0040](I)將濃度75%、40/50的人造單晶金剛石粉末與金屬結(jié)合劑混合制作鉆頭，該金屬結(jié)合劑包括鎢40%、鎳5%、鐵4%、錫30%、銅20%、錳0.5%、氧化鑭0.5% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))；
[0041](2)鉆頭冷壓成型后，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度950°C，壓力150KN，保溫時間30分鐘；
[0042](3)隨后進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度850°C，壓力90MPa，保溫時間7分鐘；
[0043](4)將燒結(jié)后的鉆頭焊在鉆桿基體上。
[0044]實(shí)施案例5得到的金剛石磨頭致密度為95%，硬度HRC64.0。
[0045]有無一些體現(xiàn)性能的參數(shù)？例如結(jié)合劑的抗壓強(qiáng)度，制成金剛石鋸片等工具之后，使用壽命等參數(shù)？
[0046]以上實(shí)施例中，以金剛石鉆頭致密度和硬度最高為準(zhǔn)則，實(shí)施例4作為優(yōu)選方案。需要說明的是，實(shí)施例4僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，故不能依此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即依本發(fā)明專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石鉆頭的制造方法，其特征在于: (1)將一定濃度、不同粒度的人造單晶金剛石粉末與金屬結(jié)合劑混合制作鉆頭，該金屬結(jié)合劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)包括鎢40%?75%、鎳2%?5%、鐵2%?5%、錫8%?30%、銅7%?20%、錳 0.5%?I %、稀土元素 0.1%?1% ; (2)鉆頭冷壓成型后，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度900?950°C，壓力150?200KN，保溫時間25?35分鐘； (3)隨后進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度850?900°C，壓力90?120MPa，保溫時間5?10分鐘； (4)將燒結(jié)后的鉆頭焊在鉆桿基體上，或直接將鉆頭熱壓燒結(jié)在鉆桿上。
2.如權(quán)利要求1所述一種稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石鉆頭的制造方法，其特征在于:上述步驟(I)中，金剛石濃度為50%?100%，粒度為35/40?170/200。
3.如權(quán)利要求1所述一種稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石鉆頭的制造方法，其特征在于:上述步驟(I)中，稀土元素為鑭或鑭的化合物。
4.如權(quán)利要求3所述一種稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石鉆頭的制造方法，其特征在于:所述鑭的化合物包括氧化鑭、硫酸鑭、硝酸鑭或氯化鑭中的至少一種。
5.一種稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石鉆頭，其特征在于:包括金剛石粉末以及金屬結(jié)合齊U，其中該金屬結(jié)合劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)包括鎢40%?75%、鎳2%?5%、鐵2%?5%、錫8%?30%、銅 7%?20%、錳 0.5% ?I %、稀土元素 0.1%?1%。
【文檔編號】C22C27/04GK104259465SQ201410355240
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】方從富, 徐西鵬, 郭樺, 黃輝, 姜峰 申請人:華僑大學(xué)