一種金剛石工具用超細高抗彎強度合金粉末及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及金剛石工具制備技術領域，具體是指一種金剛石工具用超細高抗彎強 度合金粉末及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 金剛石工具的切割機理是利用金剛石的硬度切割硬質材料，例如石材、耐火材料、 陶瓷、半導體、混凝±等。由于切割過程中，金剛石受到沖擊，包鑲金剛石的部分胎體被破 壞，造成金剛石脫落。因此如何增強金剛石刀頭胎體對金剛石的把持力，使金剛石在切割中 不會過早脫落，從而提高金剛石工具的切割效率和工作壽命是行業內的公認難題。目前，多 采用混合金屬粉末或者水霧化合金粉末為胎體粉原料，與金剛石顆粒混合后，進行熱壓燒 結，胎體粉原料作為粘結劑來把持金剛石。
[0003] 金剛石工具要求的胎體抗彎強度最低要大于900MPa，否則胎體初性不足，在切削 加工過程中容易碎裂導致工具失效。同時，抗彎強度越高的胎體對金剛石的把持力越好已 成為行業內公認事實。早期金剛石工具胎體材料多用鉆作為粘結劑，就是因為鉆的綜合性 能很好，抗彎強度可達1300MPaW上，在各種金屬中，鉆對金剛石的把持力最好。但是由于 鉆的價格昂貴，逐漸被化、Ni、化、Sn等元素的復合配方所取代，此方面已有很多研究成果 和專利公開。但不足之處有二，其一是Ni的價格也較昂貴，為了降低制造成本，只能降低Ni 的含量；其二是運種復合配方的燒結體抗彎強度均在1300-1400MPa，在用于加工中高硬度 材質時，經常出現抗彎強度不足，初性不夠，胎體磨損過快，對金剛石把持力不足，導致工具 壽命低下的情況，因此必須提高胎體的抗彎強度，從而提高胎體耐沖擊耐磨性能，并且增強 對金剛石的把持力。另外，針對不同切割對象材質，金剛石工具廠家經常通過添加適量單質 金屬粉末來調節刀頭胎體的成分含量。一般而言，添加單質粉末會降低胎體的抗彎強度，為 了不會過度降低抗彎強度，需要高抗彎強度的合金粉作為基礎粉末，運對調節刀頭胎體的 成分含量提供了方便和品質保證。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種金剛石工具用超細高抗彎強度合金粉末及其制備方 法，提高燒結胎體的抗彎強度，最終提高胎體對金剛石的把持力，得到高切削性能的金剛石 刀頭工具。
[0005] 為了達成上述目的，本發明的解決方案是：
[0006] 一種金剛石工具用超細高抗彎強度合金粉末，其化學成分按重量百分比組成如 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徑粒度D50為3-15微米。
[0008] 所述合金粉末的氧含量《2000ppm。
[0009] 一種金剛石工具用超細高抗彎強度合金粉末的制備方法，其步驟如下：
[0010] 1)準備金屬原材料，準備各金屬組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)利用準備的金屬原材料制備，依次進行①冶煉、②水霧化、③壓濾脫水、④真空 干燥及⑥還原步驟，制得本發明超細高抗彎強度水霧化合金粉末。
[0012] 所述2)步驟的①冶煉步驟中，需控制各金屬原材料的加入順序及加入時間節點， 具體為，先將化，Ni，Si,Sn，化放入爐底，送電烙化；待烙化約1/2-2/3時開始加入化，最 后按照順序依次加入V，佩，Zr，B，A1和La。
[0013] 所述2)步驟的①冶煉步驟中，冶煉采用中頻感應爐冶煉，每爐投料總量不超過 220kg，功率控制在60~240KW之間；爐襯材質為儀砂或石英砂，烙煉過程的最高溫度控制 在《1650〇C。
[0014] 所述2)步驟的①冶煉步驟中，采用復合脫氧劑娃巧石脫氧并造渣，先將娃巧石覆 蓋合金溶液表層，在5~15分鐘時間保持烙液溫度不低于1580°C，然后去除烙液表面的烙 渣；當烙液溫度在1580~1640°C之間時開始霧化。
[0015] 所述2)步驟的②水霧化步驟，其采用兩組噴嘴二級霧化的方式，中間包漏眼直徑 3~8mm，霧化水流量80~14化/min,霧化壓力60~135MPa。
[0016] 所述2)步驟的③壓濾脫水步驟為，將霧化后的水粉混合物在集粉罐內密封氣體 增壓，集粉罐底部出水口加裝1200目濾布，0. 1~0.5MPa壓力下保壓至出水口無明顯水汽 混合物排出為止。
[0017] 所述2)步驟的④真空干燥步驟為，采用雙錐回轉真空干燥機，先將脫水后的濕粉 裝入干燥器，裝粉口密封，啟動真空累，啟動動力開關使干燥器垂直單向旋轉，然后啟動加 熱開關，真空干燥機設定真空度小于-0. 〇9MPa，加熱溫度40~120°C。
[0018] 所述2)步驟的⑥還原步驟為，采用步進式推舟還原爐，分解氨產生的氨氣、氮氣 的混合氣體還原粉末，還原溫度為500~650°C，粉末在還原爐等溫區還原時間為20~60 分鐘。
[0019] 所述2)步驟中還進行⑧篩分步驟，按照所需求粒度選擇相應-200目、-300 目、-400目或者-500目規格的篩網進行篩分。
[0020] 采用上述方案后，本發明一種金剛石工具用超細高抗彎強度合金粉末及其制備方 法，優勢在于：
[002U1)AL元素與Ni形成丫 '-化34以屬1^2型結構的有序相金屬間化合物，是一種面 屯、立方結構，彌散沉淀在刀頭胎體的組織中，增強了胎體的抗彎強度；同時，刀頭在切割過 程中產生局部高溫，丫' -Ni3AL可W使刀頭保持高溫初性。
[0022] 2)化與B元素可形成穩定碳化物，化3〔2,BC在燒結胎體晶粒內部和晶界表面形細 小彌散的強化相，提高了胎體的抗彎強度。 陽02引：3)V，佩在燒結胎體中形成穩定的氮化物，碳化物，VC，VN，NbC，NbN可W強烈釘扎 晶界，阻礙晶界長大，形成細小的晶粒組織，從而提高了刀頭抗彎強度。
[0024] 4)Zr與稀±元素La可W固溶在合金中，起到固溶強化作用；同時，Zr可W適當提 高胎體硬度，La與化形成的固溶體，不僅可W提高抗彎強度，還可W提高胎體的紅硬性，即 刀頭在受到沖擊摩擦時產生瞬間高溫，La的固溶體可W保持胎體金屬在高溫下仍有較高強 度。
[00巧]5)采用所述工藝方法制備的合金粉末具備良好的低溫燒結溫度性能，在760°C~ 840°C范圍內熱壓燒結胎體塊的相對致密度達到99%W上，抗彎強度大于1900MPa。
[00%] 綜上，本發明可W制備超細粒度，高燒結致密度的金剛石刀頭，超細合金粉末的超 細粒度提高了單顆粉末的成分均勻性W外，同時具有極高的燒結活性。特別是添加的低烙 點元素促進微液相燒結，使金剛石刀頭燒結胎體得到更高的致密度，增強了對金剛石的把 持力。通過添加金屬組織強化合金元素W及稀±元素，將化-化基燒結胎體的抗彎強度提 高到1900MPa，最終提高胎體對金剛石的把持力，得到高切削性能的金剛石刀頭工具。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發明的抗彎強度檢測結果的示意圖；
[0028] 圖2為本發明的抗彎強度檢測結果的示意圖。
【具體實施方式】
[0029] 下面結合【具體實施方式】對本案作進一步詳細的說明。
[0030] 本案設及一種金剛石工具用超細高抗彎強度合金粉末，其化學成分按重量百分比 組成如下：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徑粒度D50為3-15微米。合金粉末的氧含量《2000ppm。所 限定的較細的粉末粒度可W促進燒結活化，燒結后具有很高的致密度，所限定的低氧同樣 是為了提高燒結致密度。
[0032] 本發明還設及一種金剛石工具用超細高抗彎強度合金粉末的制備方法，其步驟如 下： 陽03引 1)準備金屬原材料，準備各金屬組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)利用準備的金屬原材料制備，依次進行①冶煉、②水霧化、③壓濾脫水、④真空 干燥及⑥還原步驟，制得本發明超細高抗彎強度水霧化合金粉末。下面對步驟2)中的各個 分步驟進行詳細闡述。
[0035] ①冶煉步驟中，冶煉采用中頻感應爐冶煉，每爐投料總量不超過220kg，功率控制 在60~240KW之間（W達到將金屬融化所需的溫度）；爐襯材質為儀砂或石英砂（因為考 慮到烙渣是堿性，所W選擇堿性爐襯儀砂或中性爐襯石英砂），烙煉過程的最高溫度控制在 《1650°C(該溫度控制主要兼顧