一種制備金剛石工具的方法
【專利摘要】本發明公開了屬于制備金剛石工具【技術領域】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。
【專利說明】一種制備金剛石工具的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于金剛石工具制備【技術領域】，特別涉及一種制備金剛石工具的方法。
【背景技術】
[0002]自本項目技術發明人于1985年獲得中國發明專利CN85100286A“金剛石表面金屬化的技術”之后，在國內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熱潮。概觀上述所有工作，幾乎均建立在本項技術發明人提出的添加強碳化物形
成元素，諸如T1、Zr、Cr、V、Ta、Nb、Hf......于Cu、Ag基合金中，通過合金與金剛石的界面反
應，在金剛石表面產生相應的碳化物，從而改善了釬焊合金對金剛石的焊接。這些工作極大地增強了金剛石工具中金屬胎體對金剛石的結合力，提高了我國金剛石工具的品質，擴大了金剛石工具的品種。
【發明內容】
[0003]本發明正是建立在發明人早年發明專利“金剛石表面金屬化的技術”和獲得國家發明獎“金屬合金對金剛石的粘結技術”基礎上，提出一個更合理，更適于產業化，具有更好質量的金剛石工具制造技術，尤其適合于制備單層金剛石工具。
[0004]本發明的目的是提供一種更適于產業化，具有更好質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:
[0005]1、基于金剛石磨粒預先撒布并固結在金屬基體上，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金剛石有很強粘結力，有適當熔融溫度并有不同耐磨性的合金粘合層，本技術制造的金剛石工具將具有很高的使用壽命。
[0008]本發明的上述目的是通過以下技術方案實現的:
[0009]本發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涂敷一薄層油漆，在油漆層粘連狀態下，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%低熔點金屬，3?20wt%的強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以上，保溫10?30分鐘，得單層金剛石工具。
[0020]一種優選技術方案，其特征在于:所述步驟(I)中所述金屬基體材料為45號鋼、9CrSi或軸承鋼。
[0021]一種優選技術方案，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]一種優選技術方案，其特征在于:所述步驟(3)中所述80?97wt%低熔點金屬為Cu、Ag、Sn、N1、Co中的一種或多種；所述3?20wt%的強碳化物形成元素為T1、Zr、Cr、Ta、Nb、Hf、V中的一種或多種。
[0023]一種優選技術方案，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]一種優選技術方案，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]一種優選技術方案，其特征在于:所述步驟(5)中所述加熱溫度為800?1100°C。
[0026]本發明的有益效果為:
[0027]本發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%。
【具體實施方式】
[0028]下面的實施例可以使本專業技術人員更全面的理解本發明，但不以任何方式限制本發明。
[0029]實施例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目的低熔點金屬(Cu、Sn、Ni)和強碳化物形成元素(Ti)，按比例配比混合均勻，其配比如下:
[0037]90wt%的低熔點金屬，由重量份比是70:20:3的Cu、Sn、Ni組成；
[0038]10wt%的強碳化物形成元素為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]這時具有膠性的金屬合金粉漿將均勻地噴灑進金剛石顆粒之間的縫隙中，并十分均勻地鋪蓋了整個金剛石層，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金剛石及金屬基體均有良好的浸潤性，因為合金溶液有很強表面張力，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雜的基體表面上。
[0045]實施例2
[0046]實施例1-(I)所述的金屬基體的制備，材料可以是45號鋼、9CrSi或軸承鋼，其余實施步驟與實施例1相同。
[0047]實施例3
[0048]實施例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目的低熔點金屬(Cu、Sn、Ni)和強碳化物形成元素(Ti)，按比例配比混合均勻，其配比如下:
[0049]97wt%的低熔點金屬，由重量份比是90:5:1的Cu、Sn、Ni組成；
[0050]3wt%的強碳化物形成元素為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]其余實施步驟與實施例1相同。
[0053]實施例4
[0054]實施例1-(3)所述的合金粉末膠性溶液的制備是將粒度為-150目的低熔點金屬(Ag、Cu、Co)和強碳化物形成元素(Cr)，按比例配比混合均勻，其配比如下:
[0055]95wt%的低熔點金屬，由重量份比是60:50:2的Ag、Cu、Co組成；
[0056]5wt%的強碳化物形成元素，強碳化物形成元素為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]其余實施步驟與實施例1相同。
[0059]實施例5
[0060]實施例1-(3)所述的合金粉末膠性溶液的制備是將粒度為-400目的低熔點金屬(Cu, Sn)和強碳化物形成元素(T1、Cr)，按比例配比混合均勻，其配比如下:
[0061]95wt%的低熔點金屬，由重量份比是17:2的Cu、Sn組成；[0062]5wt%的強碳化物形成元素，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]其余實施步驟與實施例1相同。
[0065]實施例6
[0066]實施例1-(3)所述的合金粉末膠性溶液的制備是將粒度為-150目的低熔點金屬(Cu)和強碳化物形成元素(Ti)，按比例配比混合均勻，其配比如下:
[0067]95wt%的低熔點金屬Cu ；
[0068]5wt%的強碳化物形成元素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]其余實施步驟與實施例1相同。
[0071]實施例7
[0072]實施例1-(3)所述的合金粉末膠性溶液的制備是將粒度為-150目的低熔點金屬(Cu, Sn)和強碳化物形成元素(Cr、Zr、Nb)，按比例配比混合均勻，其配比如下:
[0073]80wt%低熔點金屬，由重量份比為7:1的Cu和Sn組成；
[0074]20wt%強碳化物形成元素，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]其余實施步驟與實施例1相同。
[0077]實施例8
[0078]實施例1-(3)所述的合金粉末膠性溶液的制備是將粒度為-400目的低熔點金屬(Cu)和強碳化物形成元素(Cr、Ta)，按比例配比混合均勻，其配比如下:
[0079]95wt%的低熔點金屬，由Cu組成；
[0080]5wt%強碳化物形成元素，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]其余實施步驟與實施例1相同。
[0083]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
【權利要求】
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涂敷一薄層油漆，在油漆層粘連狀態下，將金剛石顆粒，按工具的設計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%低熔點金屬，3?20wt%的強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以上，保溫10?30分鐘，得單層金剛石工具。
2.根據權利要求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目的磨料級金剛石。
3.根據權利要求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號鋼、9CrSi或軸承鋼。
4.根據權利要求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.根據權利要求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%低熔點金屬為Cu、Ag、Sn、N1、Co中的一種或多種；所述3?20wt%的強碳化物形成元素為T1、Zr、Cr、Ta、Nb、Hf、V中的一種或多種。
6.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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】B24D18/00GK103831744SQ201310744105
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年12月30日 優先權日:2013年12月30日
【發明者】林曾棟, 印紅羽, 彭曉芙 申請人:北京市粉末冶金研究所有限責任公司