稀土改性钨基结合剂金刚石磨头、其制造方法及稀土改性钨基结合剂

摘要

本发明公开了一种稀土改性钨基结合剂金刚石磨头、其制造方法及稀土改性钨基结合剂，该稀土改性钨基结合剂包含：钨40～75份、镍2～6份、铁2～5份、锡8～30份、铜7～20份、锰0.4～1份、稀土元素0.1～1份；将金刚石粉末与上述稀土改性钨基结合剂充分混合，冷压成型；在900～960℃，90～200KN下进行真空热压烧结25～35分钟；随后在840～900℃，80～120MPa下进行热等静压烧结5～10分钟，得到金刚石磨头粗品；对金刚石磨头粗品进行修整，即得金刚石磨头成品。本发明可以显著提高金刚石颗粒的把持力，增加金刚石磨头的耐磨性，从而提高加工性能和金刚石磨头寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及一种稀土改性钨基结合剂金刚石磨头、其制造方法及稀土改性钨 基结合剂。

背景技术

金刚石磨头一般安装于磨床、打磨机、抛光机或特制的工具上，广泛应用于 光学、医学、汽车等领域的磨削、研磨和抛光加工。金刚石磨头的金属结合剂主 要包括铁基结合剂和钴基结合剂。铁基金刚石磨头具有较高的力学性能，对金刚 石也有较好的润湿性，并且成本低廉，但其自锐性欠佳；而钴基金刚石磨头具有 很好的成形性和可烧结性，对金刚石的润湿性好，粘结力大，韧性好，自锐性也 好，因此钴是金刚石工具领域应用最广的一种金属结合剂，但是钴基金刚石磨头 上的金刚石靠机械方式把持，导致金刚石颗粒不能完全出露进行有效切削，而且 还会因拉拔力的作用使其严重损耗，使得金刚石颗粒脱落现象严重。在金属结合 剂中，有时会添加少量钨粉，这是因为金属钨除了能与其他金属产生固熔强化外， 还是强碳化物形成元素，可以和金刚石发生反应产生化学冶金结合力，与一般的 金属结合剂只是机械地将金刚石包裹和嵌合相比，化学冶金结合力的产生有利于 提高对金刚石的包镶力、增强把持力，因此可以预计钨基结合剂金刚石磨头将具 有优异的性能。但是钨的熔点高达3940℃，以钨作为金属结合剂进行烧结所需要 的温度远远超过金刚石所承受的能力，容易导致金刚石颗粒的石墨化，因此目前 大多都采用的是烧结温度相对较低的碳化钨基结合剂，单纯的金属钨基结合剂还 未见报道。但碳化钨基结合剂一方面钨元素本身已经形成碳化物，其与金刚石产 生化学冶金结合力的效果被削弱；另一方面碳化钨基结合剂所需的烧结温度依然 较高，只适合与耐热性能较好的金刚石配合使用，成本较高，应用范围窄。因此， 若能解决金属钨基结合剂烧结温度高的问题，将会为金刚石磨头的制造技术打开 一扇新的大门。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种稀土改性钨基结合 剂金刚石磨头、其制造方法及稀土改性钨基结合剂。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：

一种稀土改性钨基结合剂金刚石磨头制造方法，包括：

1)将金刚石粉末与稀土改性钨基结合剂充分混合，该稀土改性钨基结合剂按 质量份数包含以下组分：钨40～75份、镍2～6份、铁2～5份、锡8～30份、铜 7～20份、锰0.4～1份、稀土元素0.1～1份。

2)根据所需金刚石磨头几何外形的不同，利用相应的模具将上述混合物进行 冷压成型；

3)冷压成型后，进行真空热压烧结，烧结温度900～960℃，烧结压力90～ 200KN，烧结时间25～35分钟；

4)真空热压烧结后，进行热等静压烧结，烧结温度840～900℃，烧结压力 80～120MPa，烧结时间5～10分钟，得到金刚石磨头粗品；

5)将金刚石磨头粗品焊接在金属杆上，并对金刚石磨头粗品进行修整，得到 金刚石磨头成品。

一实施例中：所述金刚石粉末为人造单晶金刚石粉末，且其金刚石浓度为 75％～125％，粒度为W40～W5。

一实施例中：所述稀土元素为镧或镧的化合物中的至少一种。

一实施例中：所述镧的化合物为氧化镧、硫酸镧、硝酸镧、氯化镧中的至少 一种。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：

一种稀土改性钨基结合剂，该稀土改性钨基结合剂按质量份数包含以下组分： 钨40～75份、镍2～6份、铁2～5份、锡8～30份、铜7～20份、锰0.4～1份、 稀土元素0.1～1份。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之三是：

一种根据稀土改性钨基结合剂金刚石磨头制造方法制造的稀土改性钨基结合 剂金刚石磨头。

本发明所述的金刚石浓度为行业术语，指单位体积金属结合剂内金刚石的质 量，以4.4克拉/厘米³为金刚石浓度100％。

本发明中所述的人造单晶金刚石粉末为目前市场上销售的产品。

本发明中所述的钨、镍、铁、锡、铜、锰均为单质金属粉末，均为目前市场 上销售的产品。

本发明中所述的镧、氧化镧、硫酸镧、硝酸镧、氯化镧均为目前市场上销售 的产品。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

1.本发明所提供的稀土改性钨基结合剂，各组分相辅相成，将烧结温度从近 四千摄氏度降低至金刚石可承受的范围，解决了一直以来钨基结合剂因烧结温度 高而难以实际应用的缺陷，成功实现了钨基结合剂金刚石磨头的制造，并利用钨 与金刚石反应产生的化学冶金结合力，提高了金刚石颗粒在金刚石磨头上的把持 力，得到的金刚石磨头硬度高，耐磨损，为高性能金刚石磨头的制造开创了新局 面。

2.本发明在钨基结合剂中加入了稀土元素，具有控制金属结合剂晶粒长大的 效果，且在本发明的较佳实施例中采用了稀土元素的化合物，晶粒大小可控性更 好，得到的金属结合剂晶粒不会过大或过小，粒径更稳定，增强了金刚石磨头的 硬度和韧性，也提高了耐磨性能和耐冲击性能，效果比稀土元素单质更好，进一 步提供了高性能金刚石磨头制造方法的新思路。

具体实施方式

下面通过实施例具体说明本发明的内容：

实施例1

1)制备稀土改性钨基结合剂：以该稀土改性钨基结合剂总质量计，包含以下 组分：钨75％、镍5％、铁4％、锡8％、铜7％、锰0.5％、氧化镧0.5％，上述组分充 分混合后利用高能球磨研磨均匀即得；将粒度为W40的人造单晶金刚石粉末按金 刚石浓度100％与上述稀土改性钨基结合剂充分混合；

2)根据所需金刚石磨头几何外形的不同，利用相应的模具将上述混合物进行 冷压成型；

3)冷压成型后，进行真空热压烧结，烧结温度950℃，烧结压力100KN，烧 结时间30分钟；

4)真空热压烧结后，进行热等静压烧结，烧结温度850℃，烧结压力90MPa， 烧结时间7分钟，得到金刚石磨头粗品；

5)将金刚石磨头粗品焊接在金属杆上，并用金刚石滚轮和油石对金刚石磨头 粗品进行外形修整，得到金刚石磨头成品。采用水重法检测该金刚石磨头的致密 度，采用洛氏硬度计检测该金刚石磨头的硬度，经测试，其致密度为95％，硬度 为HRC(洛氏硬度)64.9。

实施例2

1)制备稀土改性钨基结合剂：以该稀土改性钨基结合剂总质量计，包含以下 组分：钨70％、镍5％、铁4％、锡11％、铜9％、锰0.5％、氧化镧0.5％，上述组分 充分混合后利用高能球磨研磨均匀即得；将粒度为W40的人造单晶金刚石粉末按 金刚石浓度100％与上述稀土改性钨基结合剂充分混合；

2)根据所需金刚石磨头几何外形的不同，利用相应的模具将上述混合物进行 冷压成型；

3)冷压成型后，进行真空热压烧结，烧结温度950℃，烧结压力100KN，烧 结时间30分钟；

4)真空热压烧结后，进行热等静压烧结，烧结温度850℃，烧结压力90MPa， 烧结时间7分钟，得到金刚石磨头粗品；

5)将金刚石磨头粗品焊接在金属杆上，并用金刚石滚轮和油石对金刚石磨头 粗品进行外形修整，得到金刚石磨头成品。采用水重法检测该金刚石磨头的致密 度，采用洛氏硬度计检测该金刚石磨头的硬度，经测试，其致密度为95％，硬度 为HRC64.5。

实施例3

1)制备稀土改性钨基结合剂：以该稀土改性钨基结合剂总质量计，包含以下 组分：钨60％、镍5％、铁4％、锡17％、铜13％、锰0.5％、氧化镧0.5％，上述组分 充分混合后利用高能球磨研磨均匀即得；将粒度为W40的人造单晶金刚石粉末按 金刚石浓度100％与上述稀土改性钨基结合剂充分混合；

2)根据所需金刚石磨头几何外形的不同，利用相应的模具将上述混合物进行 冷压成型；

3)冷压成型后，进行真空热压烧结，烧结温度950℃，烧结压力100KN，烧 结时间30分钟；

4)真空热压烧结后，进行热等静压烧结，烧结温度850℃，烧结压力90MPa， 烧结时间7分钟，得到金刚石磨头粗品；

5)将金刚石磨头粗品焊接在金属杆上，并用金刚石滚轮和油石对金刚石磨头 粗品进行外形修整，得到金刚石磨头成品。采用水重法检测该金刚石磨头的致密 度，采用洛氏硬度计检测该金刚石磨头的硬度，经测试，其致密度为96％，硬度 为HRC65.1。

实施例4

1)制备稀土改性钨基结合剂：以该稀土改性钨基结合剂总质量计，包含以下 组分：钨55％、镍5％、铁4％、锡20％、铜15％、锰0.5％、氧化镧0.5％，上述组分 充分混合后利用高能球磨研磨均匀即得；将粒度为W40的人造单晶金刚石粉末按 金刚石浓度100％与上述稀土改性钨基结合剂充分混合；

2)根据所需金刚石磨头几何外形的不同，利用相应的模具将上述混合物进行 冷压成型；

3)冷压成型后，进行真空热压烧结，烧结温度950℃，烧结压力100KN，烧 结时间30分钟；

4)真空热压烧结后，进行热等静压烧结，烧结温度850℃，烧结压力90MPa， 烧结时间7分钟，得到金刚石磨头粗品；

5)将金刚石磨头粗品焊接在金属杆上，并用金刚石滚轮和油石对金刚石磨头 粗品进行外形修整，得到金刚石磨头成品。采用水重法检测该金刚石磨头的致密 度，采用洛氏硬度计检测该金刚石磨头的硬度，经测试，其致密度为97％，硬度 为HRC65.2。

实施例5

1)制备稀土改性钨基结合剂：以该稀土改性钨基结合剂总质量计，包含以下 组分：钨40％、镍5％、铁4％、锡30％、铜20％、锰0.5％、氧化镧0.5％，上述组分 充分混合后利用高能球磨研磨均匀即得；将粒度为W40的人造单晶金刚石粉末按 金刚石浓度100％与上述稀土改性钨基结合剂充分混合；

2)根据所需金刚石磨头几何外形的不同，利用相应的模具将上述混合物进行 冷压成型；

3)冷压成型后，进行真空热压烧结，烧结温度950℃，烧结压力100KN，烧 结时间30分钟；

4)真空热压烧结后，进行热等静压烧结，烧结温度850℃，烧结压力90MPa， 烧结时间7分钟，得到金刚石磨头粗品；

5)将金刚石磨头粗品焊接在金属杆上，并用金刚石滚轮和油石对金刚石磨头 粗品进行外形修整，得到金刚石磨头成品。采用水重法检测该金刚石磨头的致密 度，采用洛氏硬度计检测该金刚石磨头的硬度，经测试，其致密度为97％，硬度 为HRC64.2。

实施例6

1)制备稀土改性钨基结合剂：以该稀土改性钨基结合剂总质量计，包含以下 组分：钨65％、镍2％、铁5％、锡15％、铜10％、锰0.7％、氯化镧0.1％，上述组分 充分混合后利用高能球磨研磨均匀即得；将粒度为W5的人造单晶金刚石粉末按金 刚石浓度75％与上述稀土改性钨基结合剂充分混合；

2)根据所需金刚石磨头几何外形的不同，利用相应的模具将上述混合物进行 冷压成型；

3)冷压成型后，进行真空热压烧结，烧结温度930℃，烧结压力150KN，烧 结时间25分钟；

4)真空热压烧结后，进行热等静压烧结，烧结温度900℃，烧结压力120MPa， 烧结时间5分钟，得到金刚石磨头粗品；

5)将金刚石磨头粗品焊接在金属杆上，并用金刚石滚轮和油石对金刚石磨头 粗品进行外形修整，得到金刚石磨头成品。采用水重法检测该金刚石磨头的致密 度，采用洛氏硬度计检测该金刚石磨头的硬度，经测试，其致密度为95％，硬度 为HRC64.3。

实施例7

1)制备稀土改性钨基结合剂：以该稀土改性钨基结合剂总质量计，包含以下 组分：钨50％、镍4％、铁2％、锡25％、铜18％、锰1％、硫酸镧1％，上述组分充分 混合后利用高能球磨研磨均匀即得；将粒度为W20的人造单晶金刚石粉末按金刚 石浓度125％与上述稀土改性钨基结合剂充分混合；

2)根据所需金刚石磨头几何外形的不同，利用相应的模具将上述混合物进行 冷压成型；

3)冷压成型后，进行真空热压烧结，烧结温度900℃，烧结压力200KN，烧 结时间35分钟；

4)真空热压烧结后，进行热等静压烧结，烧结温度870℃，烧结压力100MPa， 烧结时间10分钟，得到金刚石磨头粗品；

5)将金刚石磨头粗品焊接在金属杆上，并用金刚石滚轮和油石对金刚石磨头 粗品进行外形修整，得到金刚石磨头成品。采用水重法检测该金刚石磨头的致密 度，采用洛氏硬度计检测该金刚石磨头的硬度，经测试，其致密度为95％，硬度 为HRC64.6。

以上实施例中，以金刚石磨头致密度和硬度最高为准则，实施例4效果较好。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围， 即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖 的范围内。