一種使金剛石在金屬復(fù)合體中的有序排布方法
【專利說明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明屬于金剛石工具制造領(lǐng)域，特別涉及一種使金剛石在金屬中有序排布的方法。
[0002]【背景技術(shù)】近年來，在金剛石(cBN)工具企業(yè)中，陸續(xù)推出單層金剛石或立方氮化硼有序排列的磨削工具。由于顆粒之間的間距屬于有序排列、人為均布，這就意味著顆粒之間用來排削并輸送冷卻液的空間大小因需而設(shè)定，因而在加工過程中不易造成顆粒之間的空間被金屬堵塞，從而防止因顆粒與顆粒間空隙堵塞而引起“燒傷”工件的情況，并由此提高了磨削能力和刀具的使用壽命。此外，有序排列的顆粒分布還保證了加工過程安全性的提高。然而，想要按一定方式使超硬磨料(金剛石或立方氮化硼)在工作層中有序排列是及其費時的，同時在壓制過程中由于金屬粉末的流動帶動磨料顆粒位移，甚至出現(xiàn)“擠堆”現(xiàn)象。目前，已經(jīng)采取多種技術(shù)來實現(xiàn)金屬中磨料的有序排布，例如:(I)中國砂輪公司采用模板法(見USA Patent 6039641) ； (2)瑞士 ETH機床與加工研宄所采用點膠法(見EP1208345A1)。(3)韓國新韓公司采用半導(dǎo)體制造工藝中所使用的吸附焊錫球夾具，按各層編成的模式程序，吸附金剛石顆料，投入到刀頭各層中(見韓國專利10-2005-0006361)。國內(nèi)還有多項類似的專利技術(shù)，如安泰科技股份有限公司，南京航空航天大學(xué)，杭州博大金剛石有限公司，江蘇鋒泰鉆石工具制造有限公司，中南大學(xué)，湖南飛越新材料科技有限責任公司，博深工具股份有限公司，等等。主要方法與上述文獻的基本類似，是模板法、點膠法及吸附法的改造。
[0003]上述方法解決了金剛石在燒結(jié)體中的有序排布問題，但所有方法存在的共同缺點是操作繁瑣，工藝復(fù)雜，或設(shè)備復(fù)雜。制造過程中不利于自動化，使勞動成本增加，影響工作環(huán)境。
[0004]在“金屬與金剛石復(fù)合體的制造方法，王明智等，200910073746.4”發(fā)明專利中，通過軋制方法制備了金剛石-金屬復(fù)合體。步驟如下:
[0005]⑴取金屬(紫銅或08F鋼)管一段，壁厚1mm，管內(nèi)徑6mm(或取金屬(紫銅、Cu合金或08F鋼)板上下2塊，厚度1.2mm，寬10mm，);⑵在壓力機上一定程度壓扁(金屬管);⑶管內(nèi)壁(或金屬板表面)經(jīng)堿洗、酸洗及丙酮浸泡去油、銹及附著物，烘干備用M)將選擇的金剛石按計算量及起釬焊作用的金屬粉末填入管中(或置于板之間)，(釬焊作用的金屬粉末所占體積為復(fù)合體的8%，成分為20% Sn+80% Cu (fft.)。計算量為預(yù)計乳制后復(fù)合體中金剛石所占體積為40% ;(5)搖勻后將一端壓合并置于二棍軋機的棍縫處，以< 2m/min的速度軋制；(6)每道次后用卡尺測量厚度；(7)三道次后軋制得到0.4mm的復(fù)合體，表面未見露出的金剛石。⑶然后將所得復(fù)合體置于760°C馬弗爐中燒結(jié)15min。通過軋制方法成功制備出金剛石-金屬復(fù)合體，使制造成本降低，機械化、自動化程度提高，但所制備的復(fù)合體中金剛石是無序排布的。
[0006]
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明的目的在于提供一種操作簡單、成本低廉、適合于機械化及自動化生產(chǎn)的使金剛石在金屬復(fù)合體中的有序排布方法。本發(fā)明主要是在軋輥表面預(yù)制有序排列的孔坑，乳制過程中塑性變形的金屬在孔坑相對應(yīng)部位形成留凸區(qū)，由于軋輥表面孔坑的限位效果，留凸區(qū)金屬相對于其它部位變形量小，冷作硬化形成的硬度低，使裹夾于金屬復(fù)合體中的金剛石遇到留凸區(qū)時滯留，進而形成按軋輥表面預(yù)制的孔坑的排列方式的金剛石顆粒的有序排列。
[0007]本發(fā)明的方法如下:
[0008]1、將金屬板去除銹、油及其它附著物，在兩塊金屬板之間放置金剛石顆粒及起釬焊作用的金屬粉末結(jié)合劑，并使其分布均勻；將上述兩塊金屬板周邊進行釬焊，制成預(yù)制體備用O
[0009]2、在軋輥表面預(yù)制有序排列的孔坑，在軋制過程中塑性變形的金屬在孔坑相對應(yīng)部位形成留凸區(qū)，該留凸區(qū)內(nèi)金屬塑性變形量相對較少，硬度偏低，金剛石顆粒容易壓入，留凸區(qū)的金屬厚度大于其它區(qū)域，提供了對金剛石顆粒的容留；將上述預(yù)制體置于軋機上進行復(fù)合軋制，金剛石顆粒會與被軋制金屬一同沿軋制方向流動，當金剛石顆粒遇到軋輥表面孔坑形成的留凸區(qū)的時候，顆粒會滯留，形成金剛石按設(shè)計排布方式在金屬-金剛石復(fù)合體中進行有序的排布。
[0010]所述軋輥表面可以是上軋輥表面，也可以是下軋輥表面；
[0011]所述軋輥表面預(yù)制有序排列的孔坑可以是根據(jù)需要的任意方式排列或是數(shù)個孔坑集群排列；其形狀可以是圓錐形、圓球形、橢圓錐形、橢圓球形，或者是方錐形、長方錐形或菱錐形，或者是可以想到的任意對稱或非對稱形狀；
[0012]所述孔坑的直徑與深度按所用金剛石顆粒尺寸確定:孔坑直徑比金剛石顆粒平均尺寸大100-400% ;孔坑深度比金剛石顆粒平均直徑大50-100% ；
[0013]所述被軋制金屬是銅、銅合金或低碳鋼；
[0014]所述金剛石顆?？梢允菃晤w粒或多顆粒；可以是單晶體或多晶體。軋制線速度一般控制在< 2米/分鐘。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:操作簡單，是在軋制過程中使金剛石在金屬中形成有序排布，適合于機械化及自動化生產(chǎn)，節(jié)約了生產(chǎn)時間，降低生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明軋制過程金屬的塑性變形-形成留凸區(qū)-金剛石顆粒在留凸區(qū)滯留的過程示意簡圖。
[0017]圖2是本發(fā)明實施例1金剛石有序排布的分布情況示意圖。
[0018]圖3是本發(fā)明實施例1軋輥表面的有序孔坑示意圖。
[0019]圖4是本發(fā)明實施例2軋輥表面的有序孔坑示意圖。
[0020]圖5是本發(fā)明實施例3軋輥表面的有序橢圓孔坑示意圖。
[0021]圖6是本發(fā)明實施例4軋輥表面的有序菱形孔坑示意圖。
【具體實施方式】
[0022]實施例1:
[0023]如圖1所示，首先根據(jù)選用的金剛石單晶顆粒250-300 μ m，在上軋輥表面I用鉆頭按設(shè)計的排列方式加工孔坑(如圖3所示)，直徑與深度按所用金剛石顆粒尺寸計算確定:D = 0.3 X (1-4) = 1.2mm，H = 0.3X (1-2) = 0.6mm。
[0024]將金屬銅板去除銹、油及其它附著物，在兩塊金屬銅板之間放置金剛石顆粒及起釬焊作用的金屬粉末結(jié)合劑，并使其分布均勻；將上述兩塊金屬板周邊進行釬焊，制成預(yù)制體備用。<