[发明专利]一种金刚石工具用超细高抗弯强度合金粉末的制备方法

说明书

本申请是对申请号为201510845249.7提出的分案申请

技术领域

本发明涉及金刚石工具制备技术领域，具体是指一种金刚石工具用超细高抗弯强度合金粉末的制备方法。

背景技术

金刚石工具的切割机理是利用金刚石的硬度切割硬质材料，例如石材、耐火材料、陶瓷、半导体、混凝土等。由于切割过程中，金刚石受到冲击，包镶金刚石的部分胎体被破坏，造成金刚石脱落。因此如何增强金刚石刀头胎体对金刚石的把持力，使金刚石在切割中不会过早脱落，从而提高金刚石工具的切割效率和工作寿命是行业内的公认难题。目前，多采用混合金属粉末或者水雾化合金粉末为胎体粉原料，与金刚石颗粒混合后，进行热压烧结，胎体粉原料作为粘结剂来把持金刚石。

金刚石工具要求的胎体抗弯强度最低要大于900MPa，否则胎体韧性不足，在切削加工过程中容易碎裂导致工具失效。同时，抗弯强度越高的胎体对金刚石的把持力越好已成为行业内公认事实。早期金刚石工具胎体材料多用钴作为粘结剂，就是因为钴的综合性能很好，抗弯强度可达1300MPa以上，在各种金属中，钴对金刚石的把持力最好。但是由于钴的价格昂贵，逐渐被Fe、Ni、Cu、Sn等元素的复合配方所取代，此方面已有很多研究成果和专利公开。但不足之处有二，其一是Ni的价格也较昂贵，为了降低制造成本，只能降低Ni的含量；其二是这种复合配方的烧结体抗弯强度均在1300-1400MPa，在用于加工中高硬度材质时，经常出现抗弯强度不足，韧性不够，胎体磨损过快，对金刚石把持力不足，导致工具寿命低下的情况，因此必须提高胎体的抗弯强度，从而提高胎体耐冲击耐磨性能，并且增强对金刚石的把持力。另外，针对不同切割对象材质，金刚石工具厂家经常通过添加适量单质金属粉末来调节刀头胎体的成分含量。一般而言，添加单质粉末会降低胎体的抗弯强度，为了不会过度降低抗弯强度，需要高抗弯强度的合金粉作为基础粉末，这对调节刀头胎体的成分含量提供了方便和品质保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金刚石工具用超细高抗弯强度合金粉末的制备方法，提高烧结胎体的抗弯强度，最终提高胎体对金刚石的把持力，得到高切削性能的金刚石刀头工具。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种金刚石工具用超细高抗弯强度合金粉末的制备方法，其步骤如下：

1)准备金属原材料，准备各金属组分按重量百分比如下：Cu：5～85％，Ni：1～25％，Sn：1～20％，Si：0～8％；Al：1～15％；Cr：5～15％；B：0.1～5％；V：0.1～6％；Nb：0.1～5％；Zr：0.1～5％；La：0.1～10％；Fe余量；

2)利用准备的金属原材料制备，依次进行①冶炼、②水雾化、③压滤脱水、④真空干燥及⑤还原步骤，制得本发明超细高抗弯强度水雾化合金粉末。

所述2)步骤的①冶炼步骤中，需控制各金属原材料的加入顺序及加入时间节点，具体为，先将Fe，Ni，Si，Sn，Cr放入炉底，送电熔化；待熔化约1/2-2/3时开始加入Cu，最后按照顺序依次加入V，Nb，Zr，B，Al和La。

所述2)步骤的①冶炼步骤中，冶炼采用中频感应炉冶炼，每炉投料总量不超过220kg，功率控制在60～240KW之间；炉衬材质为镁砂或石英砂，熔炼过程的最高温度控制在≤1650℃。

所述2)步骤的①冶炼步骤中，采用复合脱氧剂硅钙石脱氧并造渣，先将硅钙石覆盖合金溶液表层，在5～15分钟时间保持熔液温度不低于1580℃，然后去除熔液表面的熔渣；当熔液温度在1580～1640℃之间时开始雾化。

所述2)步骤的②水雾化步骤，其采用两组喷嘴二级雾化的方式，中间包漏眼直径3～8mm，雾化水流量80～140L/min，雾化压力60～135MPa。

所述2)步骤的③压滤脱水步骤为，将雾化后的水粉混合物在集粉罐内密封气体增压，集粉罐底部出水口加装1200目滤布，0.1～0.5MPa压力下保压至出水口无明显水汽混合物排出为止。

所述2)步骤的④真空干燥步骤为，采用双锥回转真空干燥机，先将脱水后的湿粉装入干燥器，装粉口密封，启动真空泵，启动动力开关使干燥器垂直单向旋转，然后启动加热开关，真空干燥机设定真空度小于-0.09MPa，加热温度40～120℃。

所述2)步骤的⑤还原步骤为，采用步进式推舟还原炉，分解氨产生的氢气、氮气的混合气体还原粉末，还原温度为500～650℃，粉末在还原炉等温区还原时间为20～60分钟。