一种高强度耐磨耐高温数控钻头的制备方法与流程

本发明涉及机械加工，具体为一种高强度耐磨耐高温数控钻头的制备方法。

背景技术：

1、金属切削加工中，切屑沿钻头前刀面高速滑移而产生的热量和摩擦，使数控刀具处于一种极具挑战性的加工环境中。造成刀具磨损的机理主要是以下几种：1)机械力：刀片切削刃上的机械压力导致断裂。2)热量：在刀片切削刃上，温度变化导致裂纹，热量导致塑性变形。3)化学反应：硬质合金和工件材料之间的化学反应导致磨损。4)研磨：在铸铁中，sic夹杂物会磨损刀片切削刃。5)黏附：对于粘性材料，形成积屑层/积屑瘤。其中钻头作为数控刀具中的一个重要的组成部分，这些因素也是令钻头寿命减少的主要原因。

2、现有的一些数控钻头大多是已有钻头的生产工艺是：选料(钢类)、割料、加热、锻打、铣硬质合金片槽、焊接，在硬质合金片槽中钎焊上硬质合金片、磨锋口、抛丸清理等。在上述的加工过程中，其中，选料所选的是硬质合金或者高速钢材料，其缺点是，制成的金属钻头硬度和耐磨性达不到要求。在数控加工过程中钻头体与金属胚体完全接触摩擦，因钻头硬度不高容易导致钻头损坏，硬质合金片掉片、部分容易造成部分钻头发生断头"现象，导致数控钻头寿命较短。

技术实现思路

1、本发明提供了一种高强度耐磨耐高温数控钻头的制备方法及系统，具备在合金粗品钻头表层进行金刚石复合液的两次电镀，进而促进提高数控钻头表面的硬度、耐腐蚀性能、耐磨性能的有益效果，解决了上述背景技术中所提到因钻头硬度不高容易导致钻头损坏，硬质合金片掉片、部分容易造成部分钻头发生断头"现象，导致数控钻头寿命较短的问题。

2、本发明提供如下技术方案：一种高强度耐磨耐高温数控钻头的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

3、s1、原料选取：将金刚石粉、钴粉、硬质合金复合物、镍粉、石墨烯及催化剂；

4、s2、原料预处理：将原硬质合金复合物料预处理后，按质量成分进行混配后三维高速搅拌获得混合物；

5、s3、将步骤二中的所述混合物进行高温浇筑成模，获得合金粗品钻头；

6、s4、合金粗品钻头处理：将粗品数控钻头的表层使用50℃15％wt的碳酸氢铵溶液进行酸洗，再次使用乙醇溶液冲洗，获得处理后的精品钻头；

7、s5、电镀精品钻头表层：将金刚石粉、钴粉、石墨烯进行复合后获得金刚石复合液，对精品表层进行浸入金刚石复合液进行电镀后，获得数控钻头。

8、作为本发明所述一种高强度耐磨耐高温数控钻头的制备方法的一种可选方案，其中：所述硬质合金复合物包括以下质量成分的原料：

9、钨钢粉30～50份、碳化钛20～25份，氮化钛15～20份，氧化铝15～20份和氧化钆15～22份；

10、所述金刚石复合液包括以下质量成分的原料：

11、金刚石粉20～25份，钴粉15～20份和石墨烯粉15～20份。

12、作为本发明所述一种高强度耐磨耐高温数控钻头的制备方法的一种可选方案，其中：所述催化剂包括将苯酚溶解于石脑油中，混合均匀后加入无水三氯化铝，搅拌均匀后减压回收溶剂，即得颗粒状催化剂，所述苯酚、石油脑和无水三氯化铝的重量体积重量比，按g/ml/g计为1：(30-180)：(20-50)。

13、作为本发明所述一种高强度耐磨耐高温数控钻头的制备方法的一种可选方案，其中：通过氧化石墨烯还原制备石墨烯，选取石墨烯块状原料进行清洗、干燥、破碎，过筛后得到石墨烯粉。

14、作为本发明所述一种高强度耐磨耐高温数控钻头的制备方法的一种可选方案，其中：所述石墨烯氧化包括将引发剂和始末记放置在微波装置中，再加入惰性气体形成保护七分，再次加入碳源，形成处理后的粉体石墨烯；

15、所述惰性气体包括氩气、氪气或氙气其中的一种或多种。

16、作为本发明所述一种高强度耐磨耐高温数控钻头的制备方法的一种可选方案，其中：所述s2步骤中对原料预处理具体包括：

17、1)将原料进行清洗、过筛后获得均匀的原料粉状；

18、2)原料混配，按照s1步骤中的原料组合并称取原料，进行高速搅拌及电磁搅拌，将醋酸铝溶解于乙醇中搅拌均匀得到醋酸铝溶液；

19、3)将硬质合金复合物加入醋酸铝溶液中，加热至80℃后磁力搅拌12小时得到混合液，将混合液过滤得到滤饼，将滤饼分别用去离子水和乙醇洗涤3次，80℃下干燥2小时得到前驱体，将前驱体在氩气保护氛围下1200℃煅烧3小时，即得。

20、作为本发明所述一种高强度耐磨耐高温数控钻头的制备方法的一种可选方案，其中：所述s5步骤电镀具体包括：

21、1)金刚石复合液的制备：将20～25份金刚石粉，15～20份钴粉，15～20份石墨烯粉原料加入200～300g/l六水硫酸进行复合后，加入浓度为13—15g/l的硼酸溶液和保护剂加入超声振动和磁力搅拌；

22、超声振动的功率为100～300w，频率20～35khz，磁力搅拌速度为150～230r/min，搅拌时间为0.5～1h；

23、2)预镀层：其中电流密度为2.2-2.5a/dm2，电镀液温度为42-45℃，电镀时间为50-55h，获得第一层镀层；

24、3)二次镀层：在第一层镀层表面，进行第二次镀层，所述第二次镀层通过磁控溅射在金刚石复合物镀层表面，溅射一层厚度为2-50nm的镍层即得。

25、作为本发明所述一种高强度耐磨耐高温数控钻头的制备方法的一种可选方案，其中：所述磁控溅射过程中，采用纯度≥99.99％的镍靶，磁控溅射的功率为40-200w，气压为0.5-3pa。

26、作为本发明所述一种高强度耐磨耐高温数控钻头的制备方法的一种可选方案，其中：所述s3步骤中，在浇筑后脱模后得到胚体，得到的胚体脱模，置于真空烧结炉中以15-18℃/min的速度升温至2240-2280℃保温8-9h；

27、然后以13-15℃/min的速率升温至3100-3200℃保温12-16h，后以3-5℃/min的速率降温至1675-1680℃保温3-5h后，放入水中进行淬火，后以7-9℃/min速率升温至600-650℃保温5-7h，后随炉降至室温，即得合金粗品钻头。

28、作为本发明所述一种高强度耐磨耐高温数控钻头的制备方法的一种可选方案，其中：所述保护剂包括聚异丁烯、云母粉、消泡剂，所述聚异丁烯、云母粉、消泡剂，重量体积重量比，按g/ml/g计为2：(30-200)：(20-30)。

29、本发明具备以下有益效果：

30、1、该一种高强度耐磨耐高温数控钻头的制备方法及系统，通过将金刚石、石墨烯、钴粉进行复合后，在合金粗品钻头表层进行电镀，促进提高数控钻头表面的硬度，减少钻头表面硬度不高容易导致钻头损坏，硬质合金片掉片、部分容易造成部分钻头发生断头"现象，促进提高数控钻头的寿命。

31、2、该一种高强度耐磨耐高温数控钻头的制备方法及系统，在s3步骤中，通过置于真空烧结炉中以15-18℃/min的速度升温至2240-2280℃保温8-9h；然后以13-15℃/min的速率升温至3100-3200℃保温12-16h，后以3-5℃/min的速率降温至1675-1680℃保温3-5h后，放入水中进行淬火，后以7-9℃/min速率升温至600-650℃保温5-7h，后随炉降至室温，高温保温，即得合金粗品钻头，使得结合后的合金组织致密，结合良好，提高合金粗品钻头的硬度。

32、3、该一种高强度耐磨耐高温数控钻头的制备方法及系统，在金刚石复合液制备后加入超声振动通过硼酸溶液和保护剂，在电镀精品钻头表层上进行预镀层、二次镀层(磁控溅射镍靶层)作为保护，金属镍具有很强的钝化能力，可在制件表面迅速生成一层极薄的钝化膜，能抵抗大气和某些酸的腐蚀，促进提高数控钻头表面的硬度和耐腐蚀性能。