[发明专利]一种超硬磨具及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及磨具技术领域，具体地说，涉及一种超硬磨具及其制备方法。

背景技术

电镀和烧结是传统超硬磨料工具制造方法，由于超硬磨料与基体之间的结合强度和金刚石的出刃低使得这两种工具的使用效率和寿命受到了限制。钎焊工具由于高的磨料出刃和高的结合强度近年来得到广泛关注。钎焊过程中钎料合金熔化以及毛细作用，使合金紧密包裹金刚石，同时在金刚石与钎料合金之间形成强的化学键，大大提高了金刚石的结合强度和金刚石的出刃高度，进而提高了工具的切削性能和自锐性，特别适合高速高效磨削加工。但这些制造工艺具有或高污染、或需要热压、高真空或高纯气体保护等设备，工艺复杂、成本高、能耗大；

自蔓延高温合成技术(Self-propagating High Temperature Synthesis，简称SHS技术，也称燃烧合成)是在外部能量诱发局部化学反应(点燃)后，利用化学反应自身放热，使反应持续进行，同时合成出新材料。该技术因其消耗外界能源少、原位合成、产物纯度高以及易获得中间亚稳相等优点得到了迅速发展和工业应用。因此，如果可以把自蔓延-钎焊结合起来，利用反应热熔化合金钎料，这不仅可以节约能源，而且还利用自蔓延反应快速的特点(几秒种内完成反应)，实现金刚石工具的快速制造，降低金刚石工具制造成本。并且利用钎焊的作用使得超硬材料与结合剂之间产生化学冶金结合，大大提高了磨具的结合强度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超硬磨具及其制备方法，本发明的超硬磨具结合强度高，性能好，成本低，对金刚石热损伤低，抗弯强度高，能实现高速长时间的磨削，满足加工的要求，具有硬度高，耐磨削，锋利度强，使用寿命长的优点；本发明超硬磨具的制备方法具有工艺简单、无污染、能耗低、快捷和低成本等优点。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种超硬磨具，该超硬磨具的原料组分包括结合剂和磨料，所述结合剂包括Ni、Al、Cu、Ni-Cr合金粉，其中所述Ni、Al按摩尔比3：1或1：1配比，且其重量份数为20-60份，Cu粉的重量份数为8-50份，Ni-Cr合金粉重量份数为20-60份，磨料为金刚石，浓度为40-100％,粒度为30/40-325/400目。

优选地，该超硬磨具的原料组分包括结合剂和磨料，所述结合剂包括Ni、Al、Cu、Ni-Cr合金粉，其中所述Ni、Al按摩尔比3：1或1：1配比，且其重量份数共为35-55份，Cu粉的重量份数为12-30份，Ni-Cr合金粉重量份数为30-50份，磨料为金刚石，浓度为50-85％,粒度为50/60-170/200目。

优选地，该超硬磨具的原料组分包括结合剂和磨料，所述结合剂包括Ni、Al、Cu、Ni-Cr合金粉，其中所述Ni、Al按摩尔比3：1配比，且其重量份数共为41份，Cu粉的重量份数为14份，Ni-Cr合金粉重量份数为38份，磨料为金刚石，浓度为75％,粒度为80/100目。

更优选地，所述Ni、Al、Ni-Cr合金粉末的纯度均高于99.9％，粒度均小于75μm，Cu粉纯度高于99.9％，粒度小于45μm。

一种超硬磨具的制备方法，包括如下步骤：

步骤(1)、将Ni、Al、Cu、Ni-Cr合金粉末按照比例称量后放入球磨机中充分混合获得磨具结合剂粉料；

步骤(2)、将步骤一所获得的磨具结合剂粉料与金刚石磨料球磨混合均匀，获得磨具制备材料；

步骤(3)、将步骤二所获得的磨具制备材料放入冷压模具中冷压成型，获得磨具坯体；

步骤(4)、通过对步骤三所获得的磨具坯体进行加热引发自蔓延-钎焊复合反应，磨具坯体依靠自身的自蔓延-钎焊复合反应或在自蔓延-钎焊复合反应结束时加压完成磨具坯体的致密化，并获得超硬磨具。

优选地，步骤(3)中磨具坯体的压坯密度为40-60％理论密度。

优选地，步骤(1)和(2)中所述球磨机转速为150～250r/min,球磨时间3～6h,球料比为5-10：1，磨球和原料总体积不超过球磨罐体积的2/3。

优选地，步骤(1)和(2)中所述球磨机转速为180～220r/min,球磨时间4～5h,球料比为6-8：1，磨球和原料总体积不超过球磨罐体积的2/3。

优选地，步骤(3)中所述冷压模具为Cr12MoV或硬质合金冷压模具，压力不小于30MPa。

更优选地，步骤(4)中所述的加热方式为热压炉或激光或加热钨丝或电火花加热，所述的加热方式包含但不仅仅局限于上述加热方式。