[发明专利]一种纳米结合剂、由该结合剂制成的金刚石复合截齿以及复合截齿的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金刚石与硬质合金复合材料领域，具体涉及一种纳米结合剂，以及由该结合剂制成的金刚石复合截齿。该复合截齿可用作公路铣刨机的切削齿，用于切割旧沥青混凝土路面；也可作为采煤机械和掘进机械的切削齿，截割煤层和岩层。本发明同时还涉及金刚石复合截齿的制备方法。 

背景技术

目前，各地公路铣刨机的切削齿普遍使用的是硬质合金截齿。然而在复杂的沥青混凝土路面环境中，硬质合金截齿的齿头磨损较快，齿头容易变钝，对沥青混路面难以形成有效切削。针对硬质合金截齿的失效形式，可通过改变切削截齿的材料组成来提高齿的耐磨性。金刚石是目前已知硬度最高的材料，由金刚石粉添加粘合剂制成的金刚石聚晶复合截齿具有高强度、高硬度、高耐磨性、抗冲击性以及良好的自锐性，这些优良特性使其能够应用在沥青路面切削，取代硬质合金截齿。实践证明，具有高耐磨的金刚石聚晶复合截齿，在磨蚀性沥青混凝土路面掘进的耐磨性甚至达到了硬质合金齿的几倍至几十倍，使用寿命大大延长的同时，也大幅度减少了截齿的更换次数，使得工作效率显著提升。 

发明内容

本发明的目的旨在提供一种纳米结合剂以及利用该结合剂制成的、适用于破路的金刚石聚晶复合截齿，提供该复合截齿的制备方法是本发明的另一目的。

基于上述目的，本发明采取了如下技术方案： 

一种纳米结合剂，由下述重量百分含量的原料组成：Co粉 95～99%、TiC粉0.5～3%、Si粉0.5～2%。

所述TiC粉与Si粉的粒径为35～40nm，所述Co粉的粒径为18～22nm。选择此粒径范围的原料，有利于增强金刚石聚晶复合截齿的耐磨和抗冲击性能。结合剂中Co粉、TiC粉、Si粉优选分析纯级。 

一种由所述纳米结合剂制成的金刚石复合截齿，所述复合截齿包括硬质合金球齿基体以及依次设置在基体上的第2过渡层、第1过渡层和金刚石聚晶层，其中金刚石聚晶层的原料组成为：金刚石粉93～97 wt%和纳米结合剂3～7wt%。金刚石粉以选择粒径为15～35μm的原料为佳。 

各层的重量百分比为：金刚石聚晶层55～65%、第1过渡层15～20%和第2过渡层20～25%。 

所述第1过渡层的原料组成为：金刚石粉55～65wt%、碳化钨粉30～35wt%、纳米结合剂5～10wt%，其中金刚石粉粒径以在8～12μm之间为佳，碳化钨粉粒径在1.0～1.2μm之间为佳。 

所述该第2过渡层的原料组成为：金刚石粉25～35wt%、碳化钨粉55～60wt%、纳米结合剂10～15wt%，其中金刚石粉优选粒径在4～6μm的原料，碳化钨粉粒径最好在1.4～2.0μm之间。 

所述硬质合金球齿基体的原料组成为：碳化钨粉86.5～87.5wt%、钴粉12.5～13.5wt%。当碳化钨粉粒径为1.4～2.0μm、钴粉粒径为1.0～1.2μm时，效果较好。 

所述金刚石复合截齿的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 

1）组装：将金刚石聚晶层、第1过渡层、第2过渡层的原料分别混匀，然后依次铺入球形钼杯中，放入硬质合金球齿基体，扣上钼杯盖，形成复合体组件；

2）预压：把复合体组件放入钢制预压模内，置于液压机上压制，压力10MPa；

3）真空处理：预压后将复合体组件置于真空烧结炉中，在≤3×10^-4Pa的真空条件下于600～750℃保温处理1.5～3小时；

4）高温高压烧结：将真空处理过的复合体组件置于合成组装块内，用六面顶压机在温度为1400～1500℃、压力为6～7GPa的条件下合成15～35min。

所述制备方法中，利用行星式球磨机对金刚石聚晶层、第1过渡层、第2过渡层的原料进行混匀，操作时物料与磨球的重量比为1∶1.5～3，同时向球磨罐中充入液氮，物料和磨球总体积与液氮的体积比为1∶1；行星式球磨机参数：公转40～60 r/min，自转70～100 r/min，球磨时间5～20小时。 

所述制备方法中，混料前先将所述纳米结合剂置于氢气还原炉中在600～750℃下还原处理1.5～3h；混料前对所述金刚石份进行净化处理：将金刚石粉先用25～45%的氢氧化钠水溶液煮沸5～10min，用蒸馏水洗涤至中性后再用王水煮沸5～10min，蒸馏水洗涤至中性。 

本发明提供的纳米结合剂在高温高压下具有很好的烧结促进作用，能够很好地与金刚石粉结合，形成强韧的烧结体，有助于提高聚晶层内金刚石的体积比，增强金刚石复合截齿的耐磨性和抗冲击性能，延长其使用寿命。