稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石磨頭、其制造方法及稀土改性鎢基結(jié)合劑的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石磨頭、其制造方法及稀土改性鎢基結(jié)合劑，該稀土改性鎢基結(jié)合劑包含：鎢40～75份、鎳2～6份、鐵2～5份、錫8～30份、銅7～20份、錳0.4～1份、稀土元素0.1～1份；將金剛石粉末與上述稀土改性鎢基結(jié)合劑充分混合，冷壓成型；在900～960℃，90～200KN下進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)25～35分鐘；隨后在840～900℃，80～120MPa下進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)5～10分鐘，得到金剛石磨頭粗品；對(duì)金剛石磨頭粗品進(jìn)行修整，即得金剛石磨頭成品。本發(fā)明可以顯著提高金剛石顆粒的把持力，增加金剛石磨頭的耐磨性，從而提高加工性能和金剛石磨頭壽命。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石磨頭、其制造方法及稀土改性鎢基結(jié) 合劑。 稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石磨頭、其制造方法及稀土改性 鎢基結(jié)合劑

【背景技術(shù)】
[0002] 金剛石磨頭一般安裝于磨床、打磨機(jī)、拋光機(jī)或特制的工具上，廣泛應(yīng)用于光學(xué)、 醫(yī)學(xué)、汽車等領(lǐng)域的磨削、研磨和拋光加工。金剛石磨頭的金屬結(jié)合劑主要包括鐵基結(jié)合劑 和鈷基結(jié)合劑。鐵基金剛石磨頭具有較高的力學(xué)性能，對(duì)金剛石也有較好的潤(rùn)濕性，并且成 本低廉，但其自銳性欠佳；而鈷基金剛石磨頭具有很好的成形性和可燒結(jié)性，對(duì)金剛石的潤(rùn) 濕性好，粘結(jié)力大，韌性好，自銳性也好，因此鈷是金剛石工具領(lǐng)域應(yīng)用最廣的一種金屬結(jié) 合劑，但是鈷基金剛石磨頭上的金剛石靠機(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(huì)因拉拔力的作用使其嚴(yán)重?fù)p耗，使得金剛石顆粒脫落現(xiàn)象嚴(yán)重。在金 屬結(jié)合劑中，有時(shí)會(huì)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，可以和金剛石發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生化學(xué)冶金結(jié)合力，與一般的金屬結(jié)合劑 只是機(jī)械地將金剛石包裹和嵌合相比，化學(xué)冶金結(jié)合力的產(chǎn)生有利于提高對(duì)金剛石的包鑲 力、增強(qiáng)把持力，因此可以預(yù)計(jì)鎢基結(jié)合劑金剛石磨頭將具有優(yōu)異的性能。但是鎢的熔點(diǎn)高 達(dá)3940°C，以鎢作為金屬結(jié)合劑進(jìn)行燒結(jié)所需要的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)金剛石所承受的能力，容 易導(dǎo)致金剛石顆粒的石墨化，因此目前大多都采用的是燒結(jié)溫度相對(duì)較低的碳化鎢基結(jié)合 齊U，單純的金屬鎢基結(jié)合劑還未見報(bào)道。但碳化鎢基結(jié)合劑一方面鎢元素本身已經(jīng)形成碳 化物，其與金剛石產(chǎn)生化學(xué)冶金結(jié)合力的效果被削弱；另一方面碳化鎢基結(jié)合劑所需的燒 結(jié)溫度依然較高，只適合與耐熱性能較好的金剛石配合使用，成本較高，應(yīng)用范圍窄。因此， 若能解決金屬鎢基結(jié)合劑燒結(jié)溫度高的問(wèn)題，將會(huì)為金剛石磨頭的制造技術(shù)打開一扇新的 大門。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供了一種稀土改性鎢基結(jié)合劑金 剛石磨頭、其制造方法及稀土改性鎢基結(jié)合劑。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案之一是：
[0005] -種稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石磨頭制造方法，包括：
[0006] 1)將金剛石粉末與稀土改性鎢基結(jié)合劑充分混合，該稀土改性鎢基結(jié)合劑按質(zhì)量 份數(shù)包含以下組分：鎢40?75份、鎳2?6份、鐵2?5份、錫8?30份、銅7?20份、錳 0. 4?1份、稀土元素0. 1?1份。
[0007] 2)根據(jù)所需金剛石磨頭幾何外形的不同，利用相應(yīng)的模具將上述混合物進(jìn)行冷壓 成型；
[0008] 3)冷壓成型后，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度900?960°C，燒結(jié)壓力90?200KN， 燒結(jié)時(shí)間25?35分鐘；
[0009] 4)真空熱壓燒結(jié)后，進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度840?900°C，燒結(jié)壓力80? 120MPa，燒結(jié)時(shí)間5?10分鐘，得到金剛石磨頭粗品；
[0010] 5)將金剛石磨頭粗品焊接在金屬桿上，并對(duì)金剛石磨頭粗品進(jìn)行修整，得到金剛 石磨頭成品。
[0011] 一實(shí)施例中：所述金剛石粉末為人造單晶金剛石粉末，且其金剛石濃度為75%? 125%，粒度為W40?W5。
[0012] 一實(shí)施例中：所述稀土元素為鑭或鑭的化合物中的至少一種。
[0013] 一實(shí)施例中：所述鑭的化合物為氧化鑭、硫酸鑭、硝酸鑭、氯化鑭中的至少一種。 [0014] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案之二是：
[0015] 一種稀土改性鎢基結(jié)合劑，該稀土改性鎢基結(jié)合劑按質(zhì)量份數(shù)包含以下組分：鎢 40?75份、鎳2?6份、鐵2?5份、錫8?30份、銅7?20份、錳0. 4?1份、稀土元素 0· 1?1份。
[0016] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案之三是：
[0017] 一種根據(jù)稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石磨頭制造方法制造的稀土改性鎢基結(jié)合劑 金剛石磨頭。
[0018] 本發(fā)明所述的金剛石濃度為行業(yè)術(shù)語(yǔ)，指單位體積金屬結(jié)合劑內(nèi)金剛石的質(zhì)量， 以4. 4克拉/厘米3為金剛石濃度100%。
[0019] 本發(fā)明中所述的人造單晶金剛石粉末為目前市場(chǎng)上銷售的產(chǎn)品。
[0020] 本發(fā)明中所述的鎢、鎳、鐵、錫、銅、錳均為單質(zhì)金屬粉末，均為目前市場(chǎng)上銷售的 產(chǎn)品。
[0021] 本發(fā)明中所述的鑭、氧化鑭、硫酸鑭、硝酸鑭、氯化鑭均為目前市場(chǎng)上銷售的產(chǎn)品。
[0022] 本技術(shù)方案與【背景技術(shù)】相比，它具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0023] 1.本發(fā)明所提供的稀土改性鎢基結(jié)合劑，各組分相輔相成，將燒結(jié)溫度從近四千 攝氏度降低至金剛石可承受的范圍，解決了一直以來(lái)鎢基結(jié)合劑因燒結(jié)溫度高而難以實(shí)際 應(yīng)用的缺陷，成功實(shí)現(xiàn)了鎢基結(jié)合劑金剛石磨頭的制造，并利用鎢與金剛石反應(yīng)產(chǎn)生的化 學(xué)冶金結(jié)合力，提高了金剛石顆粒在金剛石磨頭上的把持力，得到的金剛石磨頭硬度高，耐 磨損，為高性能金剛石磨頭的制造開創(chuàng)了新局面。
[0024] 2.本發(fā)明在鎢基結(jié)合劑中加入了稀土元素，具有控制金屬結(jié)合劑晶粒長(zhǎng)大的效 果，且在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中采用了稀土元素的化合物，晶粒大小可控性更好，得到的金 屬結(jié)合劑晶粒不會(huì)過(guò)大或過(guò)小，粒徑更穩(wěn)定，增強(qiáng)了金剛石磨頭的硬度和韌性，也提高了耐 磨性能和耐沖擊性能，效果比稀土元素單質(zhì)更好，進(jìn)一步提供了高性能金剛石磨頭制造方 法的新思路。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面通過(guò)實(shí)施例具體說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容：
[0026] 實(shí)施例1
[0027] 1)制備稀土改性鎢基結(jié)合劑：以該稀土改性鎢基結(jié)合劑總質(zhì)量計(jì)，包含以下組 分：鎢75%、鎳5%、鐵4%、錫8%、銅7%、錳0.5%、氧化鑭0. 5 %，上述組分充分混合后利 用高能球磨研磨均勻即得；將粒度為W40的人造單晶金剛石粉末按金剛石濃度100%與上 述稀土改性鎢基結(jié)合劑充分混合；
[0028] 2)根據(jù)所需金剛石磨頭幾何外形的不同，利用相應(yīng)的模具將上述混合物進(jìn)行冷壓 成型；
[0029] 3)冷壓成型后，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度950°C，燒結(jié)壓力100KN，燒結(jié)時(shí)間30 分鐘；
[0030] 4)真空熱壓燒結(jié)后，進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度850°C，燒結(jié)壓力90MPa，燒結(jié)時(shí) 間7分鐘，得到金剛石磨頭粗品；
[0031] 5)將金剛石磨頭粗品焊接在金屬桿上，并用金剛石滾輪和油石對(duì)金剛石磨頭粗品 進(jìn)行外形修整，得到金剛石磨頭成品。采用水重法檢測(cè)該金剛石磨頭的致密度，采用洛氏硬 度計(jì)檢測(cè)該金剛石磨頭的硬度，經(jīng)測(cè)試，其致密度為95%，硬度為HRC (洛氏硬度）64. 9。
[0032] 實(shí)施例2
[0033] 1)制備稀土改性鎢基結(jié)合劑：以該稀土改性鎢基結(jié)合劑總質(zhì)量計(jì)，包含以下組 分：鎢70 %、鎳5 %、鐵4%、錫11 %、銅9 %、錳0. 5 %、氧化鑭0. 5 %，上述組分充分混合后 利用高能球磨研磨均勻即得；將粒度為W40的人造單晶金剛石粉末按金剛石濃度100%與 上述稀土改性鎢基結(jié)合劑充分混合；
[0034] 2)根據(jù)所需金剛石磨頭幾何外形的不同，利用相應(yīng)的模具將上述混合物進(jìn)行冷壓 成型；
[0035] 3)冷壓成型后，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度950°C，燒結(jié)壓力100KN，燒結(jié)時(shí)間30 分鐘；
[0036] 4)真空熱壓燒結(jié)后，進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度850°C，燒結(jié)壓力90MPa，燒結(jié)時(shí) 間7分鐘，得到金剛石磨頭粗品；
[0037] 5)將金剛石磨頭粗品焊接在金屬桿上，并用金剛石滾輪和油石對(duì)金剛石磨頭粗品 進(jìn)行外形修整，得到金剛石磨頭成品。采用水重法檢測(cè)該金剛石磨頭的致密度，采用洛氏硬 度計(jì)檢測(cè)該金剛石磨頭的硬度，經(jīng)測(cè)試，其致密度為95%，硬度為HRC64. 5。
[0038] 實(shí)施例3
[0039] 1)制備稀土改性鎢基結(jié)合劑：以該稀土改性鎢基結(jié)合劑總質(zhì)量計(jì)，包含以下組 分：鎢60 %、鎳5 %、鐵4 %、錫17 %、銅13 %、錳0. 5 %、氧化鑭0. 5 %，上述組分充分混合后 利用高能球磨研磨均勻即得；將粒度為W40的人造單晶金剛石粉末按金剛石濃度100%與 上述稀土改性鎢基結(jié)合劑充分混合；
[0040] 2)根據(jù)所需金剛石磨頭幾何外形的不同，利用相應(yīng)的模具將上述混合物進(jìn)行冷壓 成型；
[0041] 3)冷壓成型后，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度950°C，燒結(jié)壓力100KN，燒結(jié)時(shí)間30 分鐘；
[0042] 4)真空熱壓燒結(jié)后，進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度850°C，燒結(jié)壓力90MPa，燒結(jié)時(shí) 間7分鐘，得到金剛石磨頭粗品；
[0043] 5)將金剛石磨頭粗品焊接在金屬桿上，并用金剛石滾輪和油石對(duì)金剛石磨頭粗品 進(jìn)行外形修整，得到金剛石磨頭成品。采用水重法檢測(cè)該金剛石磨頭的致密度，采用洛氏硬 度計(jì)檢測(cè)該金剛石磨頭的硬度，經(jīng)測(cè)試，其致密度為96%，硬度為HRC65. 1。
[0044] 實(shí)施例4
[0045] 1)制備稀土改性鎢基結(jié)合劑：以該稀土改性鎢基結(jié)合劑總質(zhì)量計(jì)，包含以下組 分：鎢55 %、鎳5 %、鐵4 %、錫20 %、銅15 %、錳0. 5 %、氧化鑭0. 5 %，上述組分充分混合后 利用高能球磨研磨均勻即得；將粒度為W40的人造單晶金剛石粉末按金剛石濃度100%與 上述稀土改性鎢基結(jié)合劑充分混合；
[0046] 2)根據(jù)所需金剛石磨頭幾何外形的不同，利用相應(yīng)的模具將上述混合物進(jìn)行冷壓 成型；
[0047] 3)冷壓成型后，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度950°C，燒結(jié)壓力100KN，燒結(jié)時(shí)間30 分鐘；
[0048] 4)真空熱壓燒結(jié)后，進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度850°C，燒結(jié)壓力90MPa，燒結(jié)時(shí) 間7分鐘，得到金剛石磨頭粗品；
[0049] 5)將金剛石磨頭粗品焊接在金屬桿上，并用金剛石滾輪和油石對(duì)金剛石磨頭粗品 進(jìn)行外形修整，得到金剛石磨頭成品。采用水重法檢測(cè)該金剛石磨頭的致密度，采用洛氏硬 度計(jì)檢測(cè)該金剛石磨頭的硬度，經(jīng)測(cè)試，其致密度為97%，硬度為HRC65. 2。
[0050] 實(shí)施例5
[0051] 1)制備稀土改性鎢基結(jié)合劑：以該稀土改性鎢基結(jié)合劑總質(zhì)量計(jì)，包含以下組 分：鎢40 %、鎳5 %、鐵4 %、錫30 %、銅20 %、錳0. 5 %、氧化鑭0. 5 %，上述組分充分混合后 利用高能球磨研磨均勻即得；將粒度為W40的人造單晶金剛石粉末按金剛石濃度100%與 上述稀土改性鎢基結(jié)合劑充分混合；
[0052] 2)根據(jù)所需金剛石磨頭幾何外形的不同，利用相應(yīng)的模具將上述混合物進(jìn)行冷壓 成型；
[0053] 3)冷壓成型后，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度950°C，燒結(jié)壓力100KN，燒結(jié)時(shí)間30 分鐘；
[0054] 4)真空熱壓燒結(jié)后，進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度850°C，燒結(jié)壓力90MPa，燒結(jié)時(shí) 間7分鐘，得到金剛石磨頭粗品；
[0055] 5)將金剛石磨頭粗品焊接在金屬桿上，并用金剛石滾輪和油石對(duì)金剛石磨頭粗品 進(jìn)行外形修整，得到金剛石磨頭成品。采用水重法檢測(cè)該金剛石磨頭的致密度，采用洛氏硬 度計(jì)檢測(cè)該金剛石磨頭的硬度，經(jīng)測(cè)試，其致密度為97%，硬度為HRC64. 2。
[0056] 實(shí)施例6
[0057] 1)制備稀土改性鎢基結(jié)合劑：以該稀土改性鎢基結(jié)合劑總質(zhì)量計(jì)，包含以下組 分：鎢65%、鎳2%、鐵5%、錫15%、銅10%、錳0.7%、氯化鑭0. 1 %，上述組分充分混合后 利用高能球磨研磨均勻即得；將粒度為W5的人造單晶金剛石粉末按金剛石濃度75%與上 述稀土改性鎢基結(jié)合劑充分混合；
[0058] 2)根據(jù)所需金剛石磨頭幾何外形的不同，利用相應(yīng)的模具將上述混合物進(jìn)行冷壓 成型；
[0059] 3)冷壓成型后，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度930°C，燒結(jié)壓力150KN，燒結(jié)時(shí)間25 分鐘；
[0060] 4)真空熱壓燒結(jié)后，進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度900°C，燒結(jié)壓力120MPa，燒結(jié) 時(shí)間5分鐘，得到金剛石磨頭粗品；
【權(quán)利要求】
1. 一種稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石磨頭制造方法，其特征在于：包括： 1) 將金剛石粉末與稀土改性鎢基結(jié)合劑充分混合，該稀土改性鎢基結(jié)合劑按質(zhì)量份數(shù) 包含以下組分：鎢40?75份、鎳2?6份、鐵2?5份、錫8?30份、銅7?20份、錳0. 4? 1份、稀土元素〇. 1?1份。 2) 根據(jù)所需金剛石磨頭幾何外形的不同，利用相應(yīng)的模具將上述混合物進(jìn)行冷壓成 型； 3) 冷壓成型后，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度900?960°C，燒結(jié)壓力90?200KN，燒結(jié) 時(shí)間25?35分鐘； 4) 真空熱壓燒結(jié)后，進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度840?900°C，燒結(jié)壓力80? 120MPa，燒結(jié)時(shí)間5?10分鐘，得到金剛石磨頭粗品； 5) 將金剛石磨頭粗品焊接在金屬桿上，并對(duì)金剛石磨頭粗品進(jìn)行修整，得到金剛石磨 頭成品。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石磨頭制造方法，其特征 在于：所述金剛石粉末為人造單晶金剛石粉末，且其金剛石濃度為75%?125%，粒度為 W40 ?W5。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石磨頭制造方法，其特征在 于：所述稀土元素為鑭或鑭的化合物中的至少一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石磨頭制造方法，其特征在 于：所述鑭的化合物為氧化鑭、硫酸鑭、硝酸鑭、氯化鑭中的至少一種。
5. -種稀土改性鎢基結(jié)合劑，其特征在于：該稀土改性鎢基結(jié)合劑按質(zhì)量份數(shù)包含以 下組分：鎢40?75份、鎳2?6份、鐵2?5份、錫8?30份、銅7?20份、錳0. 4?1份、 稀土元素0. 1?1份。
6. -種根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石磨頭制造方法制造的 稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石磨頭。
【文檔編號(hào)】C22C27/04GK104117676SQ201410355255
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】言蘭, 徐西鵬, 黃輝, 郭樺, 姜峰 申請(qǐng)人:華僑大學(xué)