一种金刚石工具用超细高抗弯强度合金粉末及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及金刚石工具制备技术领域，具体是指一种金刚石工具用超细高抗弯强 度合金粉末及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 金刚石工具的切割机理是利用金刚石的硬度切割硬质材料，例如石材、耐火材料、 陶瓷、半导体、混凝±等。由于切割过程中，金刚石受到冲击，包镶金刚石的部分胎体被破 坏，造成金刚石脱落。因此如何增强金刚石刀头胎体对金刚石的把持力，使金刚石在切割中 不会过早脱落，从而提高金刚石工具的切割效率和工作寿命是行业内的公认难题。目前，多 采用混合金属粉末或者水雾化合金粉末为胎体粉原料，与金刚石颗粒混合后，进行热压烧 结，胎体粉原料作为粘结剂来把持金刚石。
[0003] 金刚石工具要求的胎体抗弯强度最低要大于900MPa，否则胎体初性不足，在切削 加工过程中容易碎裂导致工具失效。同时，抗弯强度越高的胎体对金刚石的把持力越好已 成为行业内公认事实。早期金刚石工具胎体材料多用钻作为粘结剂，就是因为钻的综合性 能很好，抗弯强度可达1300MPaW上，在各种金属中，钻对金刚石的把持力最好。但是由于 钻的价格昂贵，逐渐被化、Ni、化、Sn等元素的复合配方所取代，此方面已有很多研究成果 和专利公开。但不足之处有二，其一是Ni的价格也较昂贵，为了降低制造成本，只能降低Ni 的含量；其二是运种复合配方的烧结体抗弯强度均在1300-1400MPa，在用于加工中高硬度 材质时，经常出现抗弯强度不足，初性不够，胎体磨损过快，对金刚石把持力不足，导致工具 寿命低下的情况，因此必须提高胎体的抗弯强度，从而提高胎体耐冲击耐磨性能，并且增强 对金刚石的把持力。另外，针对不同切割对象材质，金刚石工具厂家经常通过添加适量单质 金属粉末来调节刀头胎体的成分含量。一般而言，添加单质粉末会降低胎体的抗弯强度，为 了不会过度降低抗弯强度，需要高抗弯强度的合金粉作为基础粉末，运对调节刀头胎体的 成分含量提供了方便和品质保证。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种金刚石工具用超细高抗弯强度合金粉末及其制备方 法，提高烧结胎体的抗弯强度，最终提高胎体对金刚石的把持力，得到高切削性能的金刚石 刀头工具。
[0005] 为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
[0006] 一种金刚石工具用超细高抗弯强度合金粉末，其化学成分按重量百分比组成如 下：Cu:5~75%，Ni:1~15%，Sn:1~15%，Si:1~5% ;A1 :1~15% ;Cr :1~10% ; B :0. 1~3% ;V :0. 1~3% ;佩：0. 1~2% ;Zr :0. 1~4% ;La :0. 1~7%;化余量。
[0007] 所述合金粉末的中位径粒度D50为3-15微米。
[0008] 所述合金粉末的氧含量《2000ppm。
[0009] 一种金刚石工具用超细高抗弯强度合金粉末的制备方法，其步骤如下：
[0010] 1)准备金属原材料，准备各金属组分按重量百分比如下：化：5~85%，Ni:1~ 25%，Sn:1 ~20%，Si:0 ~8% ;A1 :1 ~15%;Cr:5 ~15%;B:0. 1 ~5%;V:0. 1 ~6% ; 佩：0.1 ~5%;Zr :0.1 ~5%;La :0.1 ~10%;化余量；
[0011] 2)利用准备的金属原材料制备，依次进行①冶炼、②水雾化、③压滤脱水、④真空 干燥及⑥还原步骤，制得本发明超细高抗弯强度水雾化合金粉末。
[0012] 所述2)步骤的①冶炼步骤中，需控制各金属原材料的加入顺序及加入时间节点， 具体为，先将化，Ni，Si,Sn，化放入炉底，送电烙化；待烙化约1/2-2/3时开始加入化，最 后按照顺序依次加入V，佩，Zr，B，A1和La。
[0013] 所述2)步骤的①冶炼步骤中，冶炼采用中频感应炉冶炼，每炉投料总量不超过 220kg，功率控制在60~240KW之间；炉衬材质为儀砂或石英砂，烙炼过程的最高溫度控制 在《1650〇C。
[0014] 所述2)步骤的①冶炼步骤中，采用复合脱氧剂娃巧石脱氧并造渣，先将娃巧石覆 盖合金溶液表层，在5~15分钟时间保持烙液溫度不低于1580°C，然后去除烙液表面的烙 渣；当烙液溫度在1580~1640°C之间时开始雾化。
[0015] 所述2)步骤的②水雾化步骤，其采用两组喷嘴二级雾化的方式，中间包漏眼直径 3~8mm，雾化水流量80~14化/min,雾化压力60~135MPa。
[0016] 所述2)步骤的③压滤脱水步骤为，将雾化后的水粉混合物在集粉罐内密封气体 增压，集粉罐底部出水口加装1200目滤布，0. 1~0.5MPa压力下保压至出水口无明显水汽 混合物排出为止。
[0017] 所述2)步骤的④真空干燥步骤为，采用双锥回转真空干燥机，先将脱水后的湿粉 装入干燥器，装粉口密封，启动真空累，启动动力开关使干燥器垂直单向旋转，然后启动加 热开关，真空干燥机设定真空度小于-0. 〇9MPa，加热溫度40~120°C。
[0018] 所述2)步骤的⑥还原步骤为，采用步进式推舟还原炉，分解氨产生的氨气、氮气 的混合气体还原粉末，还原溫度为500~650°C，粉末在还原炉等溫区还原时间为20~60 分钟。
[0019] 所述2)步骤中还进行⑧筛分步骤，按照所需求粒度选择相应-200目、-300 目、-400目或者-500目规格的筛网进行筛分。
[0020] 采用上述方案后，本发明一种金刚石工具用超细高抗弯强度合金粉末及其制备方 法，优势在于：
[002U1)AL元素与Ni形成丫 '-化34以属1^2型结构的有序相金属间化合物，是一种面 屯、立方结构，弥散沉淀在刀头胎体的组织中，增强了胎体的抗弯强度；同时，刀头在切割过 程中产生局部高溫，丫' -Ni3AL可W使刀头保持高溫初性。
[0022] 2)化与B元素可形成稳定碳化物，化3〔2,BC在烧结胎体晶粒内部和晶界表面形细 小弥散的强化相，提高了胎体的抗弯强度。 阳02引：3)V，佩在烧结胎体中形成稳定的氮化物，碳化物，VC，VN，NbC，NbN可W强烈钉扎 晶界，阻碍晶界长大，形成细小的晶粒组织，从而提高了刀头抗弯强度。
[0024] 4)Zr与稀±元素La可W固溶在合金中，起到固溶强化作用；同时，Zr可W适当提 高胎体硬度，La与化形成的固溶体，不仅可W提高抗弯强度，还可W提高胎体的红硬性，即 刀头在受到冲击摩擦时产生瞬间高溫，La的固溶体可W保持胎体金属在高溫下仍有较高强 度。
[00巧]5)采用所述工艺方法制备的合金粉末具备良好的低溫烧结溫度性能，在760°C~ 840°C范围内热压烧结胎体块的相对致密度达到99%W上，抗弯强度大于1900MPa。
[00%] 综上，本发明可W制备超细粒度，高烧结致密度的金刚石刀头，超细合金粉末的超 细粒度提高了单颗粉末的成分均匀性W外，同时具有极高的烧结活性。特别是添加的低烙 点元素促进微液相烧结，使金刚石刀头烧结胎体得到更高的致密度，增强了对金刚石的把 持力。通过添加金属组织强化合金元素W及稀±元素，将化-化基烧结胎体的抗弯强度提 高到1900MPa，最终提高胎体对金刚石的把持力，得到高切削性能的金刚石刀头工具。
【附图说明】
[0027] 图1为本发明的抗弯强度检测结果的示意图；
[0028] 图2为本发明的抗弯强度检测结果的示意图。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合【具体实施方式】对本案作进一步详细的说明。
[0030] 本案设及一种金刚石工具用超细高抗弯强度合金粉末，其化学成分按重量百分比 组成如下：Cu:5 ~75%，Ni:1 ~15%，Sn:1 ~15%，Si:1 ~5% ;A1 :1 ~15%;Cr:1 ~ 10%;B:0. 1 ~3%;V:0. 1 ~3% ;佩：0. 1 ~2%;Zr:0. 1 ~4%;La:0. 1 ~7% ;化余量。
[0031] 所述合金粉末的中位径粒度D50为3-15微米。合金粉末的氧含量《2000ppm。所 限定的较细的粉末粒度可W促进烧结活化，烧结后具有很高的致密度，所限定的低氧同样 是为了提高烧结致密度。
[0032] 本发明还设及一种金刚石工具用超细高抗弯强度合金粉末的制备方法，其步骤如 下： 阳03引 1)准备金属原材料，准备各金属组分按重量百分比如下：Cu:5~85%，Ni:1~ 25%，Sn:1 ~20%，Si:0 ~8% ;A1 :1 ~15%;Cr:5 ~15%;B:0. 1 ~5%;V:0. 1 ~6% ; 佩：0. 1 ~5%;Zr:0. 1 ~5%;La:0. 1 ~10% ;化余量；
[0034] 2)利用准备的金属原材料制备，依次进行①冶炼、②水雾化、③压滤脱水、④真空 干燥及⑥还原步骤，制得本发明超细高抗弯强度水雾化合金粉末。下面对步骤2)中的各个 分步骤进行详细阐述。
[0035] ①冶炼步骤中，冶炼采用中频感应炉冶炼，每炉投料总量不超过220kg，功率控制 在60~240KW之间（W达到将金属融化所需的溫度）；炉衬材质为儀砂或石英砂（因为考 虑到烙渣是碱性，所W选择碱性炉衬儀砂或中性炉衬石英砂），烙炼过程的最高溫度控制在 《1650°C(该溫度控制主要兼顾