[实用新型]一种用于自蔓延反应快速制备致密超硬磨具与钻具的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于自蔓延反应快速制备致密超硬磨具与钻具的装置。

背景技术

目前，金属结合剂超硬磨具与钻具的制作方法主要有电镀法、烧结法和高温钎焊法三种。

电镀超硬磨具与钻具以镍或镍合金作为镀层金属结合剂，但金刚石磨料与镀层金属之间仅存在机械镶嵌作用，镀层金属对磨料把持强度低，磨料出露高度低，如果采用增加镀层金属厚度方法提高对磨料的把持强度,会导致磨料出露高度和容屑空间减小,工具容易发生堵塞,散热效果很差，使其加工效率和使用寿命受到了限制。此外，在制造过程中产生的电镀废液会对环境造成严重污染。

烧结超硬磨具与钻具采用钴、铁、锡、青铜、镍合金为主要金属结合剂材料，由于金刚石磨料与金属结合剂难以形成化学结合，金刚石磨料也只是被机械包埋在金属结合剂中，金属结合剂对金刚石磨料把持强度低，工具出刃能力差，限制了其加工效率和使用寿命的提高。

单层钎焊超硬磨具与钻具，其原理是利用高温钎焊方法通过磨料、钎料和基体三者之间的化学冶金反应实现对磨料的牢固把持，使其具有加工效率高、容屑空间大、磨料利用率高、工件表面不易烧伤等显著优势，但是由于受到钎焊工艺过程本身的限制，单层磨料消耗完后没有后继磨料补充，限制了其使用寿命的进一步提高。

自蔓延高温合成技术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。该技术因其耗能少, 投资少，生产工艺简单, 生产效率高, 成本低，产物纯度高等优点得到了广泛应用。利用其短时间高温的特点可以快速制造金刚石工具，不仅可以提高金刚石工具的生产效率、降低生产能耗，而且很可能使金刚石与金属结合剂之间形成化学结合，提高金属结合剂对金刚石磨料的把持强度。

目前，由于采用自蔓延高温合成技术制备的金刚石工具所使用的金属结合剂为低放热体系，其预热引发方式一般为电阻丝加热或电阻丝加热后电弧放电或激光加热，反应设备为自蔓延反应容器或马弗炉，预热时间较长或设备投资大。此外，自蔓延反应产物是多孔组织烧结体，孔隙率一般为10%~50%，较大孔隙率对金属结合剂的硬度和耐磨性、金属结合剂与金刚石之间的界面结合强度均会造成不利影响。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种用于快速制备的致密超硬磨具与钻具的自蔓延反应装置。

本实用新型的技术方案如下：

一种用于自蔓延反应快速制备致密超硬磨具与钻具的装置，包括承重台、支撑柱、丝杠、导轨、滑块、螺母、减速机、支撑板、压杆、石墨压头、石墨外模、压坯、感应线圈、石英管、工作台、进气口，其特征在于，

装置一侧为承重台，承重台上固定镶嵌支撑板，装置另一侧为工作台，工作台呈“山”型，压坯、石墨压头和一组石墨外模组装后放置于工作台上，所述石墨外模带有观察口，压坯外面套上双开口石英管，感应线圈环绕于石墨外模顶端位置稍低于压坯顶端，通过压杆升降系统安装于支撑柱上的压杆轻压于石墨压头顶端，所述压杆升降系统由丝杠螺母副、导轨滑块副、驱动电机和减速机、支撑板组成，工作台内部设有进气口，进气口由工作台外侧通向工作台中部突出的顶端，且在工作台中部突出部分横向贯通。

优选的，所述超硬磨具与钻具压坯的压实密度为理论密度的50–90%，所述压制模具材料为Cr12MoV，压力大小为20～350MPa。

优选的，所述感应线圈通过的电流频率范围为1KHz~200KHz。

优选的，所述压杆升降系统可以由气缸或液压缸、方向阀、压力阀、流量阀、导轨滑块副、支撑板组成。

通过感应线圈加热压坯钢基体和石墨外模使热量迅速传递给压坯工作层从而引发自蔓延反应，在自蔓延反应刚结束反应产物还处于红热时通过该压杆升降系统使压杆施压于石墨压头顶端从而获得致密超硬磨具与钻具。

与现有技术相比，本实用新型用于快速制备的致密超硬磨具与钻具的自蔓延反应装置具有优点如下：

1.本实用新型的一种用于自蔓延反应的装置，其功能是通过感应加热引发自蔓延反应并在反应刚完成时施以高压制备致密超硬磨具与钻具，预热时间短，利用自蔓延反应产生的短时间高温使得超硬磨料与金属结合剂形成化学结合，金属结合剂对金刚石磨料把持强度高，金刚石力学性能损失小，制备的超硬磨具与钻具加工效率高、耐磨性能好、使用寿命长。

2. 本实用新型一种用于自蔓延反应的装置具有预热时间短、反应速度快、生产效率高、能耗低、工艺简单、投资和生产成本低等优点。

附图说明

图1 为自蔓延反应平台。