[发明专利]金刚石工具用非晶粉末及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及粉末冶金和超硬工具领域，尤其涉及金刚石工具用非晶粉末及其制造技术。

背景技术

金刚石工具绝大多数是将粘结剂与人造金刚石颗粒相混合，经成形、烧结而成的孕镶式工具。粘结剂亦称胎体。孕镶金刚石工具是以胎体超前磨损，金刚石颗粒外露，出露的金刚石以犁掘、压碎、磨削、切削等机制加工被加工物，当胎体磨损到不足以把持出露的金刚石颗粒时，这些金刚石颗粒会自行脱落，继而出露新的金刚石颗粒，这样周而复始地作用于被加工物。依这种加工原理，本发明者将孕镶金刚石颗粒的胎体特性归纳为五项，即：与被加工物的耐磨匹配性，对金刚石颗粒高的把持性，足够的焊接强度安全性，低温烧结性，良好的成形性。在这五项特性中，前三项是直接使用特性，后二项是制备工艺性。

耐磨匹配性是胎体的首要特性，从材料学角度看，它应该是胎体性能、被加工物性能和加工条件等的复合函数。而胎体性能涉及胎体的诸多力学性能，比如硬度、强度、韧性、延展性，甚至耐热性及疲劳性等。这样一个与诸多因素相关的特性，直接关联到工具的加工效率和工具的使用寿命。而加工效率和使用寿命往往是矛盾的。着重加工效率的工具通称“锋利型”工具，着重使用寿命的工具通称“寿命型”工具。近年，由于人工费用、机台费用、电费等明显地增长，要求“锋利且经济”的工具，愈来愈突出。本发明正是在适应迫切要求工具“锋利且经济”的大背景下而创立。

非晶态物质有着硬度高、耐磨性高、弹性模量高等优异力学性能，但脆性大。本发明恰好利用其耐磨、脆硬之特性，在胎体配料中，加入一定量的非晶粉末，在烧结过程中晶化，转变成的脆性合金相与胎体的强韧基体相合理组合，既保证胎体有一定的强韧性，又增大胎体的易磨损性，最终导致工具加工效率提高，而使用寿命不致下降。

配置胎体粉末，通常由基础粉末和添加粉末组成。基础粉末目前使用多的是Fe粉、Cu粉或Fe基、Cu基预合金化粉末，添加粉末是WC粉、W粉、Sn粉、Cu-Sn合金粉或其它预合金化粉末等。目前使用的这些粉末，都是结晶态粉末。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于金刚石工具的非晶粉末，以提高工具的加工效率、且降低生产成本。

本发明的另一个目的是提供一种金刚石工具的非晶粉末的制造方法。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种用于金刚石工具的非晶粉末，该非晶粉末作为金刚石工具胎体配料的添加粉末代替部分耐磨硬质相和/或合金元素，非晶粉末的用量是胎体总质量百分数中的3～40％；该非晶粉末中的组分按质量百分比为：Cu 5～25％、C 1～4％、B 2～8％、Si 2～6％、P 4～20％、Cr 5～15％，其余为Fe和不可避免的杂质。

所述非晶粉末的组分按质量百分比为：Cu 5～15％、C 2～3％、B2～6％、Si 2～5％、P 6～16％、Cr 10～15％，其余为Fe和不可避免的杂质。

所述粉末中还包括按质量百分比的以下组分：Ni 0～15％、Mo0～5％、Ti 0～5％。

所述非晶粉末的中位径D50为7～18μm，其中所述中位径D50通过激光粒度计测定。

所述非晶粉末的中位径D50为7～13μm。

所述非晶粉末中氧含量≤0.30wt％。

所述非晶粉末中氧含量≤0.25wt％。

用于金刚石工具的非晶粉末的制造方法，包括如下步骤：

1)提供各金属块或合金块为原材料，按预定非晶粉末成分设计称重配置各组分；该非晶粉末中的组分按质量百分比为：Cu5～25％、C 1～4％、B 2～8％、Si 2～6％、P 4～20％、Cr 5～15％，其余为Fe和不可避免的杂质；

2)在中频感应炉11内熔炼上述配置好的金属块或合金块原材料，并使熔炼形成的合金液达到最终加热温度；

3)将所述合金液倾入带有漏眼的中间包12，合金液落下的同时受到雾化器13喷射出的高压水打击而被粉碎，在雾化筒14内快速凝固成粉末泥浆，在集粉罐15内收集该粉末泥浆；

4)将收集的粉末泥浆脱水后，进行干燥；

5)筛分干燥的粉末，得到最终的非晶粉末。

所述高压水的水压控制在50～80MPa。

所述合金液的最终加热温度为1300～1400℃。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、晶化相的硬脆特性和基体相的强韧性组合，以及胎体对金刚石的机械包镶力增加，可明显提高工具的加工效率；