本發(fā)明涉及金剛石工具的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種節(jié)塊式金剛石刀頭的shs制備方法。

背景技術(shù)：

節(jié)塊式金剛石刀具通常采用粉末冶金燒結(jié)生產(chǎn)工藝，將金剛石磨粒與金屬粉末混合冷壓成型后，置于石墨模具中熱壓燒結(jié)。金剛石磨粒在固結(jié)結(jié)合劑的把持下發(fā)揮功效，工具的鋒利度取決于金剛石的出刃高度與速度，并且還受制于燒結(jié)胎體的磨損性能。常規(guī)生產(chǎn)工藝所制備的節(jié)塊刀頭往往存在著胎體對(duì)金剛石的把持力與磨損適配性相矛盾的難題：即高溫?zé)Y(jié)的高致密胎體對(duì)金剛石的把持力強(qiáng)，但耐磨性過強(qiáng)，金剛石出刃不夠，鋒利度不足；而低溫?zé)Y(jié)胎體的磨損性弱化，但其對(duì)金剛石的潤(rùn)濕能力不足，把持力下降，金剛石易過早剝落失效，無法有效保證鋒利度與使用壽命。

在現(xiàn)有技術(shù)還往往通過外加硬質(zhì)相顆粒來提高金剛石工具的磨削性能，但是外加的硬質(zhì)相顆粒也需要保證其與胎體的把持力才能發(fā)揮其功效。為了同時(shí)兼顧金剛石以及硬質(zhì)相的把持力，并開發(fā)出與之相匹配的胎體，往往需要對(duì)燒結(jié)體系和燒結(jié)工藝做進(jìn)一步深入細(xì)致的研究，以期提高節(jié)塊式金剛石刀具的使用性能和壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了充分發(fā)揮金剛石的切削性能，提高金剛石刀頭的鋒利度，本發(fā)明開發(fā)了一種節(jié)塊式金剛石刀頭的shs制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種節(jié)塊式金剛石刀頭的shs制備方法，其是將結(jié)合劑與金剛石混勻得到混合料；混合料再經(jīng)冷壓得到冷壓坯體，所述冷壓坯體經(jīng)過熱壓燒結(jié)制備得到所述節(jié)塊式金剛石刀頭，其特征在于：所述熱壓燒結(jié)分兩段進(jìn)行，首先將冷壓坯體加熱至780～850℃在250～300kgf/cm²的壓力條件下保持30～60分鐘，然后冷卻至600～720℃在200～250kgf/cm²的壓力條件下保持1.2～3.0小時(shí)。

其中，所述結(jié)合劑包括鋁鎳合金粉以及用于輔助磨削的硬質(zhì)相顆粒，其中所述鋁鎳合金粉由鋁粉和鎳粉經(jīng)冷態(tài)混合球磨得到的。

其中，所述鋁鎳合金粉在-50℃以下的低溫環(huán)境下混合球磨得到，作為優(yōu)選地，所述鋁鎳合金粉在-100℃以下的低溫環(huán)境下混合球磨得到。

其中，所述結(jié)合劑還包括金屬元素粉，所述金屬元素組分選自fe、cu或sn中的至少一種或幾種。

其中，所述結(jié)合劑由鋁鎳合金粉、硬質(zhì)相顆粒和余量的金屬元素粉組成。

其中，所述結(jié)合劑由20～30％的鋁鎳合金粉、1.0～20.0％的硬質(zhì)相顆粒，以及余量的金屬元素粉組成。

其中，所述硬質(zhì)相顆粒選自wc、bn、sic以及sin中的至少一種。

其中，所述鋁鎳合金粉中鋁粉和鎳粉的原子比為1∶1～1∶3。

本發(fā)明的第二方面還涉及一種由上述shs制備方法制備得到的節(jié)塊式金剛石刀頭。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的節(jié)塊式金剛石刀頭的shs制備方法具有以下有益效果：

本發(fā)明的制備方法采用了含有自蔓延反應(yīng)的低溫球磨al-ni合金組分的燒結(jié)體系，并且引入了分段式燒結(jié)工藝；不僅提高了胎體對(duì)金剛石以及硬質(zhì)相顆粒的把持力，而且使得胎體的耐磨性與金剛石以及硬質(zhì)相顆粒的出刃相匹配，有利于提高節(jié)塊式金剛石刀頭的切削性能，進(jìn)而可以提高其鋒利度以及使用壽命。

附圖說明

圖1為低溫球磨的al-ni合金粉末的粒徑分布。

圖2為室溫球磨的al-ni合金粉末的粒徑分布。

圖3為本發(fā)明制備的節(jié)塊式金剛石刀頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的制備節(jié)塊式金剛石刀頭的shs制備方法做進(jìn)一步的闡述，以期對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出更完整和清楚的說明。

為了保證胎體對(duì)金剛石以及硬質(zhì)相顆粒具有足夠把持力同時(shí)兼有與鋸片刀頭中的金剛石以及硬質(zhì)相顆粒的磨損適配性而提高工具的鋒利度，提高壽命。本發(fā)明提供了一種制備節(jié)塊式金剛石刀頭的shs制備方法。本發(fā)明的制備方法是在傳統(tǒng)的結(jié)合劑的燒結(jié)體系中采用了低溫球磨al-ni合金組分以及增強(qiáng)磨削能力硬質(zhì)相顆粒，并且引入了分段式燒結(jié)工藝。一方面在第一燒結(jié)階段通過短時(shí)的高溫促進(jìn)金剛石以及硬質(zhì)相顆粒與胎體基質(zhì)的融合，并通過隨后的低溫?zé)Y(jié)階段強(qiáng)化了金剛石以及硬質(zhì)相顆粒與胎體的把持力，而另一方面高溫?zé)Y(jié)階段持續(xù)的時(shí)間短，也不會(huì)導(dǎo)致胎體的耐磨性過強(qiáng)，從而使得胎體的耐磨性與金剛石以及硬質(zhì)相顆粒的出刃相匹配，有利于金剛石顆粒的出刃和硬質(zhì)相顆粒的磨出，從而有利于更好發(fā)揮金剛石刀頭的綜合效能。

作為示例性地，本發(fā)明的制備節(jié)塊式金剛石刀頭的主要操作如下：將細(xì)粒度鋁粉(粒徑≤10μm)與羰基鎳粉以1∶1～1∶3的原子比在惰性氣氛保護(hù)下冷態(tài)混合球磨(-50℃以下，可以利用液氮、干冰等控制球磨機(jī)在規(guī)定的溫度以下)，球料比為(8～10)∶1，球磨時(shí)間為8～24小時(shí)。在惰性保護(hù)氣氛中取料，出料粒度＜2μm。將得到的低溫球磨al-ni合金組分按配方比例與其它金屬元素粉、硬質(zhì)相顆粒(例如wc、bn、sic以及sin)以及金剛石磨粒按照預(yù)設(shè)的配比在充有氮?dú)獾膱A形混料桶中混合1.5～2.5小時(shí)，混合均勻后，裝料于自動(dòng)冷壓機(jī)料槽中，在鋼模中冷壓成型至坯體設(shè)計(jì)尺寸。將冷壓坯體組裝于石墨模具中在熱壓燒結(jié)機(jī)上熱壓燒結(jié)。熱壓燒結(jié)分兩段進(jìn)行，首先將冷壓坯體加熱至780～850℃在250～300kgf/cm²的壓力條件下保持30～60分鐘，然后冷卻至600～720℃在200～250kgf/cm²的壓力條件下保持1.2～3.0小時(shí)，待溫度降低至600℃以下時(shí)卸壓冷卻取模，拆卸刀頭。

以下將以制備尺寸為40mm(長(zhǎng))×15mm(高)×3.6mm(厚)φ400mm節(jié)塊式金剛石刀頭(如圖3所示)為例詳細(xì)介紹本發(fā)明的制備方法。

作為示例性地，在本發(fā)明的實(shí)施例1～2以及比較例1～2中al-ni合金組分通過以下方法制備得到：

將細(xì)粒度鋁粉(粒徑≤10μm)與羰基鎳粉以1∶3的原子比在氬氣保護(hù)下冷態(tài)混合球磨(-100℃以下，利用液氮保溫)，球料比為10∶1，球磨時(shí)間為20小時(shí)，得到粒徑小于2μm的低溫al-ni合金組分，粒徑分布如圖1所示。

作為對(duì)比，在本發(fā)明的比較例3～4中采用的al-ni合金組分通過以下方法制備得到：

將細(xì)粒度鋁粉(粒徑≤10μm)與羰基鎳粉以1∶3的原子比在氬氣保護(hù)下混合球磨(常溫，無溫度控制裝置)，球料比為10∶1，球磨時(shí)間為20小時(shí)，得到粒徑小于2μm的常溫al-ni合金組分，粒徑分布如圖2所示。

實(shí)施例1

采用質(zhì)量配比為43％fe+15％cu+2％sn+30％(al-ni合金組分)+10％wc的配方體系的結(jié)合劑制備節(jié)塊式金剛石刀頭。其中fe為羰基粉末，cu為300目電解粉末，sn為400目霧化粉末，wc為400目粉末。制備規(guī)格為40mm(長(zhǎng))×15mm(高)×3.6mm(厚)的φ400mm節(jié)塊式金剛石刀頭。將結(jié)合劑以及金剛石磨粒(金剛石磨粒的體積濃度為43％，該體積濃度百分?jǐn)?shù)是指相對(duì)于金剛石制品國(guó)際濃度標(biāo)準(zhǔn)的相對(duì)百分值)在充有氮?dú)獾膱A形混料桶中混合1.5～2.5小時(shí)，混合均勻后，裝料于自動(dòng)冷壓機(jī)料槽中，在鋼模中冷壓成型至坯體設(shè)計(jì)尺寸，冷壓坯體的壓實(shí)密度為理論密度的80％。將冷壓坯體組裝于石墨模具中在熱壓燒結(jié)機(jī)上熱壓燒結(jié)，在780～850℃的溫度下在300kgf/cm²的壓力條件下保持30分鐘，然后冷卻至680℃在220kgf/cm²的壓力條件下保持3.0小時(shí)，然后冷卻至600℃后卸壓冷卻取模，拆卸刀頭。刀頭燒結(jié)致密度99.1％，硬度hrb103，抗彎強(qiáng)度860mpa。將刀頭釬焊于鋼質(zhì)基體上，制備成品鋸片。鋸片裝于手推式水泥切割機(jī)上切割厚度為80mm的c25水泥混凝土路面(無鵝卵石)，水冷切割。鋸片的平均切割速度為3.8m/min，切割壽命為2231米。

實(shí)施例2

采用質(zhì)量配比為50％fe+18％cu+2％sn+20％(al-ni合金組分)+10％wc的配方體系的結(jié)合劑制備節(jié)塊式金剛石刀頭。其中fe為羰基粉末，cu為300目電解粉末，sn為400目霧化粉末，wc為400目粉末。制備規(guī)格為40mm(長(zhǎng))×15mm(高)×3.6mm(厚)的φ400mm節(jié)塊式金剛石刀頭。將結(jié)合劑以及金剛石磨粒(金剛石磨粒的體積濃度為43％，該體積濃度百分?jǐn)?shù)是指相對(duì)于金剛石制品國(guó)際濃度標(biāo)準(zhǔn)的相對(duì)百分值)在充有氮?dú)獾膱A形混料桶中混合1.5～2.5小時(shí)，混合均勻后，裝料于自動(dòng)冷壓機(jī)料槽中，在鋼模中冷壓成型至坯體設(shè)計(jì)尺寸，冷壓坯體的壓實(shí)密度為理論密度的80％。將冷壓坯體組裝于石墨模具中在熱壓燒結(jié)機(jī)上熱壓燒結(jié)，在780～820℃的溫度下在280kgf/cm²的壓力條件下保持50分鐘，然后冷卻至680℃在220kgf/cm²的壓力條件下保持2.5小時(shí)，然后冷卻至600℃后卸壓冷卻取模，拆卸刀頭。刀頭燒結(jié)致密度98.8％，硬度hrb101，抗彎強(qiáng)度850mpa。將刀頭釬焊于鋼質(zhì)基體上，制備成品鋸片。鋸片裝于手推式水泥切割機(jī)上切割厚度為80mm的c25水泥混凝土路面(無鵝卵石)，水冷切割。鋸片的平均切割速度為4.0m/min，切割壽命為2176米。

對(duì)比例1

采用質(zhì)量配比為43％fe+15％cu+2％sn+30％(al-ni合金組分)+10％wc的配方體系的結(jié)合劑制備節(jié)塊式金剛石刀頭。其中fe為羰基粉末，cu為300目電解粉末，sn為400目霧化粉末，wc為400目粉末。制備規(guī)格為40mm(長(zhǎng))×15mm(高)×3.6mm(厚)的φ400mm節(jié)塊式金剛石刀頭。將結(jié)合劑以及金剛石磨粒(金剛石磨粒的體積濃度為43％，該體積濃度百分?jǐn)?shù)是指相對(duì)于金剛石制品國(guó)際濃度標(biāo)準(zhǔn)的相對(duì)百分值)在充有氮?dú)獾膱A形混料桶中混合1.5～2.5小時(shí)，混合均勻后，裝料于自動(dòng)冷壓機(jī)料槽中，在鋼模中冷壓成型至坯體設(shè)計(jì)尺寸，冷壓坯體的壓實(shí)密度為理論密度的80％。將冷壓坯體組裝于石墨模具中在熱壓燒結(jié)機(jī)上熱壓燒結(jié)，在780～850℃的溫度下在300kgf/cm²的壓力條件下保持3小時(shí)，然后冷卻至600℃后卸壓冷卻取模，拆卸刀頭。刀頭燒結(jié)致密度99.2％，硬度hrb108，抗彎強(qiáng)度850mpa。將刀頭釬焊于鋼質(zhì)基體上，制備成品鋸片。鋸片裝于手推式水泥切割機(jī)上切割厚度為80mm的c25水泥混凝土路面(無鵝卵石)，水冷切割。鋸片的平均切割速度為3.5m/min，切割壽命為2166米。

對(duì)比例2

采用質(zhì)量配比為50％fe+18％cu+2％sn+20％(al-ni合金組分)+10％wc的配方體系的結(jié)合劑制備節(jié)塊式金剛石刀頭。其中fe為羰基粉末，cu為300目電解粉末，sn為400目霧化粉末，wc為400目粉末。制備規(guī)格為40mm(長(zhǎng))×15mm(高)×3.6mm(厚)的φ400mm節(jié)塊式金剛石刀頭。將結(jié)合劑以及金剛石磨粒(金剛石磨粒的體積濃度為43％，該體積濃度百分?jǐn)?shù)是指相對(duì)于金剛石制品國(guó)際濃度標(biāo)準(zhǔn)的相對(duì)百分值)在充有氮?dú)獾膱A形混料桶中混合1.5～2.5小時(shí)，混合均勻后，裝料于自動(dòng)冷壓機(jī)料槽中，在鋼模中冷壓成型至坯體設(shè)計(jì)尺寸，冷壓坯體的壓實(shí)密度為理論密度的80％。將冷壓坯體組裝于石墨模具中在熱壓燒結(jié)機(jī)上熱壓燒結(jié)，在780～820℃的溫度下在280kgf/cm²的壓力條件下保持3小時(shí)，然后冷卻至600℃后卸壓冷卻取模，拆卸刀頭。刀頭燒結(jié)致密度99.0％，硬度hrb103，抗彎強(qiáng)度850mpa。將刀頭釬焊于鋼質(zhì)基體上，制備成品鋸片。鋸片裝于手推式水泥切割機(jī)上切割厚度為80mm的c25水泥混凝土路面(無鵝卵石)，水冷切割。鋸片的平均切割速度為3.6m/min，切割壽命為2098米。

對(duì)比例3

采用質(zhì)量配比為43％fe+15％cu+2％sn+30％(al-ni合金組分)+10％wc的配方體系的結(jié)合劑制備節(jié)塊式金剛石刀頭。其中fe為羰基粉末，cu為300目電解粉末，sn為400目霧化粉末，wc為400目粉末。制備規(guī)格為40mm(長(zhǎng))×15mm(高)×3.6mm(厚)的φ400mm節(jié)塊式金剛石刀頭。將結(jié)合劑以及金剛石磨粒(金剛石磨粒的體積濃度為43％，該體積濃度百分?jǐn)?shù)是指相對(duì)于金剛石制品國(guó)際濃度標(biāo)準(zhǔn)的相對(duì)百分值)在充有氮?dú)獾膱A形混料桶中混合1.5～2.5小時(shí)，混合均勻后，裝料于自動(dòng)冷壓機(jī)料槽中，在鋼模中冷壓成型至坯體設(shè)計(jì)尺寸，冷壓坯體的壓實(shí)密度為理論密度的80％。將冷壓坯體組裝于石墨模具中在熱壓燒結(jié)機(jī)上熱壓燒結(jié)，在780～850℃的溫度下在300kgf/cm²的壓力條件下保持30分鐘，然后冷卻至680℃在220kgf/cm²的壓力條件下保持3.0小時(shí)，然后冷卻至600℃后卸壓冷卻取模，拆卸刀頭。刀頭燒結(jié)致密度95.7％，硬度hrb100，抗彎強(qiáng)度850mpa。將刀頭釬焊于鋼質(zhì)基體上，制備成品鋸片。鋸片裝于手推式水泥切割機(jī)上切割厚度為80mm的c25水泥混凝土路面(無鵝卵石)，水冷切割。鋸片的平均切割速度為3.9m/min，切割壽命為1931米。

對(duì)比例4

采用質(zhì)量配比為50％fe+18％cu+2％sn+20％(al-ni合金組分)+10％wc的配方體系的結(jié)合劑制備節(jié)塊式金剛石刀頭。其中fe為羰基粉末，cu為300目電解粉末，sn為400目霧化粉末，wc為400目粉末。制備規(guī)格為40mm(長(zhǎng))×15mm(高)×3.6mm(厚)的φ400mm節(jié)塊式金剛石刀頭。將結(jié)合劑以及金剛石磨粒(金剛石磨粒的體積濃度為43％，該體積濃度百分?jǐn)?shù)是指相對(duì)于金剛石制品國(guó)際濃度標(biāo)準(zhǔn)的相對(duì)百分值)在充有氮?dú)獾膱A形混料桶中混合1.5～2.5小時(shí)，混合均勻后，裝料于自動(dòng)冷壓機(jī)料槽中，在鋼模中冷壓成型至坯體設(shè)計(jì)尺寸，冷壓坯體的壓實(shí)密度為理論密度的80％。將冷壓坯體組裝于石墨模具中在熱壓燒結(jié)機(jī)上熱壓燒結(jié)，在780～820℃的溫度下在280kgf/cm²的壓力條件下保持50分鐘，然后冷卻至680℃在220kgf/cm²的壓力條件下保持2.5小時(shí)，然后冷卻至600℃后卸壓冷卻取模，拆卸刀頭。刀頭燒結(jié)致密度94.9％，硬度hrb98，抗彎強(qiáng)度870mpa。將刀頭釬焊于鋼質(zhì)基體上，制備成品鋸片。鋸片裝于手推式水泥切割機(jī)上切割厚度為80mm的c25水泥混凝土路面(無鵝卵石)，水冷切割。鋸片的平均切割速度為4.2m/min，切割壽命為1857米。

盡管實(shí)施例中僅示例性的示意了一種低溫球磨組分和一種規(guī)格尺寸的節(jié)塊式金剛石刀頭，但只要將鋁粉和鎳粉的摩爾比保持在本申請(qǐng)發(fā)明內(nèi)容部分限定的范圍內(nèi)，并且控制冷態(tài)混合球磨的溫度為-50℃以下，都可以得到優(yōu)于普通室溫球磨的技術(shù)效果。而且同樣地，添加本發(fā)明所要求范圍的其他硬質(zhì)相顆粒通過能夠輔助提高磨削新更能，從而通過兩步燒結(jié)工藝可以使得胎體對(duì)鋼筋混凝土的耐磨性與金剛石的出刃速度相匹配，提高使用壽命。

對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，具體實(shí)施例只是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場(chǎng)合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。