一種稀土改性鎢基結合劑金剛石鉆頭及其制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種稀土改性鎢基結合劑金剛石鉆頭及其制造方法：(1)將一定濃度、不同粒度的人造單晶金剛石粉末與金屬結合劑混合制作鉆頭，該金屬結合劑包括鎢40％～75％、鎳2％～5％、鐵2％～5％、錫8％～30％、銅7％～20％、錳0.5％～1％、稀土元素0.1％～1％(質量分數)。(2)鉆頭冷壓成型后，進行真空熱壓燒結，燒結溫度900～950℃，壓力150～200KN，保溫時間25～35分鐘。(3)隨后進行熱等靜壓燒結，燒結溫度850～900℃，壓力90～120MPa，保溫時間5～10分鐘。(4)將燒結后的鉆頭焊在鉆桿基體上，也可直接將鉆頭熱壓燒結在鉆桿上。本發明可以顯著提高金剛石顆粒的把持力，增加鉆頭的耐磨性，從而提高加工性能和鉆頭壽命。
【專利說明】一種稀土改性鎢基結合劑金剛石鉆頭及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種稀土改性鎢基結合劑金剛石鉆頭及其制造方法。
【背景技術】
[0002]金剛石鉆頭廣泛應用于石材開采、建筑施工、地質勘探等領域，常用金剛石鉆頭胎體包括鐵基和鈷基，鐵基胎體具有較高的力學性能，對金剛石也有較好的潤濕性，并且成本低廉，但其自銳性欠佳；而鈷基胎體具有很好的成形性和可燒結性，對金剛石的潤濕性好，粘結力大，韌性好，自銳性也好，它是金剛石工具領域應用最廣的一種胎體。但是鈷基胎體上的金剛石靠機械方式把持，導致金剛石顆粒不能完全出露進行有效切削，而且還會因拉拔力的作用使其嚴重損耗，使得金剛石磨粒脫落現象嚴重。在金屬結合劑金剛石工具中，有時會添加少量鎢粉，這是因為金屬鎢除了能與其他金屬產生固熔強化外，還是強碳化物形成元素，可以和金剛石產生化學冶金結合，這樣有利于提高胎體對金剛石的包鑲力。但是鎢的熔點高達3940°C，以鎢作為基體進行燒結所需要的溫度超過金剛石所承受的能力，導致金剛石磨粒的石墨化。本發明要解決的主要技術問題在于提出一種鎢基金剛石鉆頭及其制造方法，通過活化元素的添加降低鎢基金剛石鉆頭的燒結溫度，同時添加稀土成分控制晶粒的長大，從而實現聞性能鶴基金剛石鉆頭的制造。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于克服現有技術缺陷，提供一種稀土改性鎢基結合劑金剛石鉆頭及其制造方法。
[0004]本發明的具體技術方案如下:
[0005]一種稀土改性鎢基結合劑金剛石鉆頭的制造方法，其特征在于:
[0006](I)將一定濃度、不同粒度的人造單晶金剛石粉末與金屬結合劑混合制作鉆頭，該金屬結合劑按質量分數包括鎢40%?75%、鎳2%?5%、鐵2%?5%、錫8%?30%、銅7%?20%、錳0.5%?1%、稀土元素0.1%?1% ；
[0007](2)鉆頭冷壓成型后，進行真空熱壓燒結，燒結溫度900?950°C，壓力150?200KN，保溫時間25?35分鐘；
[0008](3)隨后進行熱等靜壓燒結，燒結溫度850?900°C，壓力90?120MPa，保溫時間5?10分鐘；
[0009](4)將燒結后的鉆頭焊在鉆桿基體上，或直接將鉆頭熱壓燒結在鉆桿上。
[0010]其中，上述步驟⑴中，金剛石濃度優選為50 %?100 %，粒度為35/40?170/200。
[0011]其中，上述步驟⑴中，稀土元素優選為鑭或鑭的化合物，稀土元素的添加有利于晶粒的細化及晶粒長大的抑制。
[0012]其中，所述鑭的化合物優選包括氧化鑭、硫酸鑭、硝酸鑭或氯化鑭中的至少一種。
[0013]一種稀土改性鎢基結合劑金剛石鉆頭，其特征在于:包括金剛石粉末以及金屬結合劑，其中該金屬結合劑按質量分數包括鎢40%?75%、鎳2%?5%、鐵2%?5%、錫8%?30%、銅?%?20%、錳0.5%?1%、稀土元素0.1%?1%。本發明的有益效果是:
[0014]本發明提出一種稀土改性鎢基結合劑金剛石鉆頭及其制造方法，利用鎢與金剛石的化學冶金結合提高金剛石顆粒在鉆頭上的把持力，通過活化元素的添加降低鎢基金剛石鉆頭的燒結溫度(降低至800-950度)，從而實現高性能(致密度超過92%，硬度超過HRC63.5)鎢基金剛石鉆頭的制造。
【具體實施方式】
[0015]以下通過【具體實施方式】對本發明的技術方案進行進一步的說明和描述。
[0016]實施例1:
[0017](I)將濃度75%、40/50的人造單晶金剛石粉末與金屬結合劑混合制作鉆頭，該金屬結合劑包括鎢75%、鎳5%、鐵4%、錫8%、銅7%、錳0.5%、氧化鑭0.5% (質量分數)；
[0018](2)鉆頭冷壓成型后，進行真空熱壓燒結，燒結溫度950°C，壓力150KN，保溫時間30分鐘；
[0019](3)隨后進行熱等靜壓燒結，燒結溫度850°C，壓力90MPa，保溫時間7分鐘；
[0020](4)將燒結后的鉆頭焊在鉆桿基體上。
[0021]實施案例I得到的金剛石磨頭致密度為92%，硬度HRC63.5。實施例2:
[0022](I)將濃度75%、40/50的人造單晶金剛石粉末與金屬結合劑混合制作鉆頭，該金屬結合劑包括鎢70%、鎳5%、鐵4%、錫11%、銅9%、錳0.5%、氧化鑭0.5% (質量分數)；
[0023](2)鉆頭冷壓成型后，進行真空熱壓燒結，燒結溫度950°C，壓力150KN，保溫時間30分鐘；
[0024](3)隨后進行熱等靜壓燒結，燒結溫度850°C，壓力90MPa，保溫時間7分鐘；
[0025](4)將燒結后的鉆頭焊在鉆桿基體上。
[0026]實施案例2得到的金剛石磨頭致密度為93%，硬度HRC63.8。
[0027]實施例3:
[0028](I)將濃度75%、40/50的人造單晶金剛石粉末與金屬結合劑混合制作鉆頭，該金屬結合劑包括鎢60%、鎳5%、鐵4%、錫17%、銅13%、錳0.5%、氧化鑭0.5% (質量分數)；
[0029](2)鉆頭冷壓成型后，進行真空熱壓燒結，燒結溫度950°C，壓力150KN，保溫時間30分鐘；
[0030](3)隨后進行熱等靜壓燒結，燒結溫度850°C，壓力90MPa，保溫時間7分鐘；
[0031](4)將燒結后的鉆頭焊在鉆桿基體上。
[0032]實施案例3得到的金剛石磨頭致密度為94%，硬度HRC64.1。
[0033]實施例4:
[0034](I)將濃度75%、40/50的人造單晶金剛石粉末與金屬結合劑混合制作鉆頭，該金屬結合劑包括鎢55%、鎳5%、鐵4%、錫20%、銅15%、錳0.5%、氧化鑭0.5% (質量分數)；
[0035](2)鉆頭冷壓成型后，進行真空熱壓燒結，燒結溫度950°C，壓力150KN，保溫時間30分鐘；
[0036](3)隨后進行熱等靜壓燒結，燒結溫度850°C，壓力90MPa，保溫時間7分鐘；
[0037](4)將燒結后的鉆頭焊在鉆桿基體上。
[0038]實施案例4得到的金剛石磨頭致密度為95%，硬度HRC64.7。
[0039]實施例5:
[0040](I)將濃度75%、40/50的人造單晶金剛石粉末與金屬結合劑混合制作鉆頭，該金屬結合劑包括鎢40%、鎳5%、鐵4%、錫30%、銅20%、錳0.5%、氧化鑭0.5% (質量分數)；
[0041](2)鉆頭冷壓成型后，進行真空熱壓燒結，燒結溫度950°C，壓力150KN，保溫時間30分鐘；
[0042](3)隨后進行熱等靜壓燒結，燒結溫度850°C，壓力90MPa，保溫時間7分鐘；
[0043](4)將燒結后的鉆頭焊在鉆桿基體上。
[0044]實施案例5得到的金剛石磨頭致密度為95%，硬度HRC64.0。
[0045]有無一些體現性能的參數？例如結合劑的抗壓強度，制成金剛石鋸片等工具之后，使用壽命等參數？
[0046]以上實施例中，以金剛石鉆頭致密度和硬度最高為準則，實施例4作為優選方案。需要說明的是，實施例4僅為本發明的較佳實施例而已，故不能依此限定本發明實施的范圍，即依本發明專利范圍及說明書內容所作的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明涵蓋的范圍內。
【權利要求】
1.一種稀土改性鎢基結合劑金剛石鉆頭的制造方法，其特征在于: (1)將一定濃度、不同粒度的人造單晶金剛石粉末與金屬結合劑混合制作鉆頭，該金屬結合劑按質量分數包括鎢40%?75%、鎳2%?5%、鐵2%?5%、錫8%?30%、銅7%?20%、錳 0.5%?I %、稀土元素 0.1%?1% ; (2)鉆頭冷壓成型后，進行真空熱壓燒結，燒結溫度900?950°C，壓力150?200KN，保溫時間25?35分鐘； (3)隨后進行熱等靜壓燒結，燒結溫度850?900°C，壓力90?120MPa，保溫時間5?10分鐘； (4)將燒結后的鉆頭焊在鉆桿基體上，或直接將鉆頭熱壓燒結在鉆桿上。
2.如權利要求1所述一種稀土改性鎢基結合劑金剛石鉆頭的制造方法，其特征在于:上述步驟(I)中，金剛石濃度為50%?100%，粒度為35/40?170/200。
3.如權利要求1所述一種稀土改性鎢基結合劑金剛石鉆頭的制造方法，其特征在于:上述步驟(I)中，稀土元素為鑭或鑭的化合物。
4.如權利要求3所述一種稀土改性鎢基結合劑金剛石鉆頭的制造方法，其特征在于:所述鑭的化合物包括氧化鑭、硫酸鑭、硝酸鑭或氯化鑭中的至少一種。
5.一種稀土改性鎢基結合劑金剛石鉆頭，其特征在于:包括金剛石粉末以及金屬結合齊U，其中該金屬結合劑按質量分數包括鎢40%?75%、鎳2%?5%、鐵2%?5%、錫8%?30%、銅 7%?20%、錳 0.5% ?I %、稀土元素 0.1%?1%。
【文檔編號】C22C27/04GK104259465SQ201410355240
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年7月24日 優先權日:2014年7月24日
【發明者】方從富, 徐西鵬, 郭樺, 黃輝, 姜峰 申請人:華僑大學