[发明专利]一种切割石料用金刚石颗粒增强复合刀具材料的制备方法

说明书

一种切割石料用金刚石颗粒增强复合刀具材料的制备方法，其特征在于采用粉末冶金法中的复压复烧工艺，先将铜粉、铁粉、锌粉、人造金刚石颗粒按比例称取，将除铁粉以外的其他原料进行混粉，然后将铜基复合粉体和铁粉置于石墨模具中进行压坯，初压压力为200MPa，再将成型后的坯料放入管式炉，炉内温度升至500℃时保温2h，之后再将压坯在750MPa的压力下进行复压，最后将温度升至740℃～780℃保温2h进行二次烧结，最终得到金刚石颗粒增强复合刀具材料。该材料具有优异的导热性、耐磨性，而且强度高、韧性好，生产成本较低，推广应用将具有良好的经济效益和社会效益。

技术领域

本发明属于颗粒增强金属基复合材料技术领域，具体涉及一种切割石料用金刚石颗粒增强复合刀具材料的制备方法。

背景技术

在切削刀具领域，传统的刀具材料有工具钢、高速钢、硬质合金等材料。其中，工具钢的耐热性较差，通常只用于手工刀具和一些简单的切削速度较低的刀具，如手动丝锥、锉刀、锯条等。与工具钢相比，高速钢的耐热性好、硬度高，许用切削速度是碳素工具钢的1～3倍，使用寿命较工具钢提高了10～40倍之多；耐磨性、强度、韧性均较好，抗弯强度是一般硬质合金的3～5倍，冲击韧性是硬质合金的6～10倍；与硬质合金相比，高速钢的可加工性好、综合力学性能优异，在复杂刀具的制造中占重要地位。硬质合金较高速钢而言，其硬度、耐磨性、耐热性更好，许用切削速度是高速钢的6倍，使用寿命比高速钢高几倍甚至几十倍；但硬质合金的成本高、可加工性能差，承受切削振动和冲击的能力也较差，在常温下的冲击韧性仅为高速钢的1/8～1/30，主要用于加工包括淬硬钢在内的高硬度材料。

新型的刀具材料有陶瓷材料、金刚石、立方氮化硼和涂层刀具等。刀具常用的陶瓷有纯Al₂O₃陶瓷和TiC-Al₂O₃混合陶瓷两种，其化学稳定性好，抗粘结能力强，但强度低、脆性大，容易崩刃，故陶瓷刀具一般用于高硬度材料的精加工。人造金刚石的硬度很高，仅次于天然金刚石，耐磨性也极好，与金属的摩擦系数很小，但与铁族金属亲和作用大，因此多用于对有色金属及非金属材料的超精加工。立方氮化硼的硬度高、耐热性好、化学稳定性好、可磨削性能也较好，但其焊接性能较差，抗弯强度略低于硬质合金，作为刀具材料常用于加工高温合金、淬火钢和冷硬铸铁等难加工材料。涂层刀具是在高速钢和硬质合金的基体上，通过一系列方法涂上一层难熔金属化合物，故涂层刀具表面硬度高、耐磨性好，使用寿命较硬质合金刀具提高了1～3倍，较高速钢刀具提高了1.5～10倍。

现阶段，在对石料进行切削加工时普遍存在一系列问题，如工人素质较低、工作环境差、加工工况复杂等。在切割石料过程中，刀具的转速高、吃刀深度大，工人整体的加工手段较为直接、粗疏，很少考虑到刀具的磨损、发热以及失效，从而导致切削刀具的发热量极大、损耗很高，同时在切割石料过程中会产生大量粒径不均的石料颗粒，从而对切削刀具产生二次损害，不仅大幅缩短刀具的使用寿命，且间接提高了产品的加工成本。现有的刀具材料(传统刀具材料和新型刀具材料)在切割石料的复杂工况下并不实用，不能满足石料切割的条件，因此，研究一种成本低廉、热导率高、耐磨性能优异、韧性高的新型复合刀具材料势在必行。

人造金刚石具有硬度高、耐磨性好、导热性能优异、热膨胀系数低等诸多优异特性，其性能与天然金刚石相近，且随着人造金刚石技术的不断发展，人造金刚石已逐渐趋于产业化。铜具有优异的延展性、良好的导热性，可回收重复使用且不损害其性能。金属铁的抗弯强度较高，耐磨损性能良好，且Cu-铁粉系合金的综合性能好，结合强度高。故提出以人造金刚石为主要切削刃，铜合金作为基体材料，金属铁为缓冲层材料，从而制备一种切割石料用金刚石颗粒增强刀具材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种切割石料用金刚石颗粒增强复合刀具材料的制备方法以人造金刚石为增强体，金属铁为过渡层从而制备出一种综合性能优异的金刚石颗粒增强复合刀具材料，主要应用于切割石料用的刀具材料领域。该材料具有耐磨性好、冲击韧性优异、抗弯强度高、导热率高等特点，且生产成本低，加工难度小，可大批量生产。