一种超硬磨具及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及磨具技术领域，具体地说，涉及一种超硬磨具及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 电镀和烧结是传统超硬磨料工具制造方法，由于超硬磨料与基体之间的结合强度 和金刚石的出刃低使得这两种工具的使用效率和寿命受到了限制。钎焊工具由于高的磨料 出刃和高的结合强度近年来得到广泛关注。钎焊过程中钎料合金熔化以及毛细作用，使合 金紧密包裹金刚石，同时在金刚石与钎料合金之间形成强的化学键，大大提高了金刚石的 结合强度和金刚石的出刃高度，进而提高了工具的切削性能和自锐性，特别适合高速高效 磨削加工。但这些制造工艺具有或高污染、或需要热压、高真空或高纯气体保护等设备，工 艺复杂、成本高、能耗大；
[0003] 自蔓延高温合成技术（Self-propagatingHighTemperatureSynthesis，简称 SHS技术，也称燃烧合成）是在外部能量诱发局部化学反应（点燃）后，利用化学反应自身 放热，使反应持续进行，同时合成出新材料。该技术因其消耗外界能源少、原位合成、产物 纯度高以及易获得中间亚稳相等优点得到了迅速发展和工业应用。因此，如果可以把自蔓 延-钎焊结合起来，利用反应热熔化合金钎料，这不仅可以节约能源，而且还利用自蔓延反 应快速的特点（几秒种内完成反应），实现金刚石工具的快速制造，降低金刚石工具制造成 本。并且利用钎焊的作用使得超硬材料与结合剂之间产生化学冶金结合，大大提高了磨具 的结合强度。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种超硬磨具及其制备方法，本发明的超硬磨具结合强度 高，性能好，成本低，对金刚石热损伤低，抗弯强度高，能实现高速长时间的磨削，满足加工 的要求，具有硬度高，耐磨削，锋利度强，使用寿命长的优点；本发明超硬磨具的制备方法具 有工艺简单、无污染、能耗低、快捷和低成本等优点。
[0005] 为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] -种超硬磨具，该超硬磨具的原料组分包括结合剂和磨料，所述结合剂包括Ni、 Al、Cu、Ni-Cr合金粉，其中所述Ni、A1按摩尔比3 :1或1 :1配比，且其重量份数为20-60 份，Cu粉的重量份数为8-50份，Ni-Cr合金粉重量份数为20-60份，磨料为金刚石，浓度为 40-100%,粒度为 30/40-325/400 目。
[0007] 优选地，该超硬磨具的原料组分包括结合剂和磨料，所述结合剂包括Ni、Al、Cu、 Ni-Cr合金粉，其中所述Ni、A1按摩尔比3 :1或1 :1配比，且其重量份数共为35-55份，Cu粉的重量份数为12-30份，Ni-Cr合金粉重量份数为30-50份，磨料为金刚石，浓度为 50-85%,粒度为 50/60-170/200 目。
[0008] 优选地，该超硬磨具的原料组分包括结合剂和磨料，所述结合剂包括Ni、Al、Cu、 Ni-Cr合金粉，其中所述Ni、A1按摩尔比3 :1配比，且其重量份数共为41份，Cu粉的重量 份数为14份，Ni-Cr合金粉重量份数为38份，磨料为金刚石，浓度为75%，粒度为80/100 目。
[0009] 更优选地，所述Ni、Al、Ni-Cr合金粉末的纯度均高于99. 9%，粒度均小于75ym， Cu粉纯度高于99. 9 %，粒度小于45ym。
[0010] 一种超硬磨具的制备方法，包括如下步骤：
[0011] 步骤（1)、将Ni、Al、Cu、Ni-Cr合金粉末按照比例称量后放入球磨机中充分混合获 得磨具结合剂粉料；
[0012]步骤（2)、将步骤一所获得的磨具结合剂粉料与金刚石磨料球磨混合均匀，获得磨 具制备材料；
[0013]步骤（3)、将步骤二所获得的磨具制备材料放入冷压模具中冷压成型，获得磨具坯 体；
[0014]步骤（4)、通过对步骤三所获得的磨具坯体进行加热引发自蔓延-钎焊复合反应， 磨具坯体依靠自身的自蔓延-钎焊复合反应或在自蔓延-钎焊复合反应结束时加压完成磨 具坯体的致密化，并获得超硬磨具。
[0015] 优选地，步骤（3)中磨具坯体的压坯密度为40-60%理论密度。
[0016] 优选地，步骤（1)和（2)中所述球磨机转速为150~250r/min,球磨时间3~6h, 球料比为5-10 :1，磨球和原料总体积不超过球磨罐体积的2/3。
[0017] 优选地，步骤（1)和（2)中所述球磨机转速为180~220r/min,球磨时间4~5h, 球料比为6-8 :1，磨球和原料总体积不超过球磨罐体积的2/3。
[0018] 优选地，步骤（3)中所述冷压模具为Crl2M〇V或硬质合金冷压模具，压力不小于 30MPa〇
[0019] 更优选地，步骤（4)中所述的加热方式为热压炉或激光或加热钨丝或电火花加 热，所述的加热方式包含但不仅仅局限于上述加热方式。
[0020] 与现有技术相比，本发明的超硬磨具具有以下优势：
[0021] (1)本发明的超硬磨具采用结合剂和金刚石磨料为原料，通过自蔓延反应制得，金 刚石与自蔓延反应产物之间形成了牢固的化学冶金结合层，具有结合强度高、性能好、成本 低、对金刚石热损伤低等优点。
[0022] (2)本发明的超硬磨具的抗弯强度高，可以实现高速长时间的磨削，满足加工的要 求。
[0023] (3)本发明的超硬磨具具有硬度高、耐磨削、锋利度强、使用寿命长的优点。
[0024] (4)本发明超硬磨具的制备方法具有工艺简单、无污染、能耗低、快捷和低成本等 优点。
【附图说明】
[0025] 图1为本发明超硬磨具截面微观结构；
[0026] 图2为本发明超硬磨具中金刚石与自蔓延-钎焊复合反应产物界面微观结构；
[0027] 图3为本发明超硬磨具的XRD图谱。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0029] 实施例1
[0030] 一种超硬磨具，该超硬磨具的原料组分包括结合剂和磨料，所述结合剂包括Ni、 Al、Cu、Ni-Cr合金粉，其中所述Ni、Al按摩尔比3 :1配比，且其重量份数共为20份，Cu粉 的重量份数为8份，Ni-Cr合金粉重量份数为60份，磨料为金刚石，浓度为100%，粒度为 30/40 目。
[0031] 一种超硬磨具的制备方法，包括如下步骤：
[0032]步骤（1)、将上述各组分的Ni、Al、Cu、Ni-Cr合金粉末按照比例称量后放入球磨机 中充分混合获得磨具结合剂粉料，其中，所述球磨机转速为150r/min,球磨时间3h,球料比 为5 :1，磨球和原料总体积不超过球磨罐体积的2/3 ;
[0033]步骤（2)、将步骤一所获得的磨具结合剂粉料与金刚石磨料球磨混合均匀，获得磨 具制备材料，其中，所述球磨机转速为150r/min,球磨时间3h,球料比为5 :1，磨球和原料 总体积不超过球磨罐体积的2/3 ;
[0034]步骤（3)、将步骤二所获得的磨具制备材料放入Crl2M〇V冷压模具中冷压成型，压 力为30MPa，成型获得磨具坯体，磨具坯体的压坯密度为40 %理论密度。；
[0035] 步骤（4)、通过对步骤三所获得的磨具坯体进行加热引发自蔓-钎焊复合反应，其 中加热方式为热压炉加热，磨具坯体依靠自身的自蔓延-钎焊复合反应完成磨具坯体的致 密化，并获得超硬磨具。
[0036] 实施例2
[0037] -种超硬磨具，该超硬磨具的原料组分包括结合剂和磨料，所述结合剂包括Ni、 Al、Cu、Ni-Cr合金粉，其中所述Ni、Al按摩尔比3 :1配比，且其重量份数共为55份，Cu粉 的重量份数为12份，Ni-Cr合金粉重量份数为30份，磨料为金刚石，浓度为50%，粒度为 50/60 目。
[0038] 一种超硬磨具的制备方法，包括如下步骤：
[0039]步骤（1)、将上述各组分的Ni、Al、Cu、Ni-Cr合金粉末按照比例称量后放入球磨机 中充分混合获得磨具结合剂粉料，其中，所述球磨机转速为170r/min,球磨时间3. 5h,球料 比为6. 5 :1，磨球和原料总体积不超过球磨罐体积的2/3 ;
[0040] 步骤（2)、将步骤一所获得的磨具结合剂粉料与金刚石磨料球磨混合均匀，获得磨 具制备材料，其中，所述球磨机转速为17〇r/min,球磨时间3. 5h,球料比为6. 5 :1，磨球和 原料总体积不超过球磨罐体积的2/3 ;
[0041] 步骤（3)、将步骤二所获得的磨具制备材料放入硬质合金冷压模具中冷压成型，压 力为35MPa，成型获得磨具坯体，磨具坯体的压坯密度为45 %理论密度。
[0042] 步骤（4)、通过对步骤三所获得的磨具坯体进行加热引发自蔓-钎焊复合反应，其 中加热方式为激光加热，磨具坯体依靠自身的自蔓延-钎焊复合反应完成磨具坯体的致密 化，并获得超硬磨具。
[0043] 实施例3