稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石切割片及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石切割片及其制造方法，將金剛石粉末與稀土改性鎢基結(jié)合劑充分混合，該稀土改性鎢基結(jié)合劑包含鎢40～75份、鎳2～6份、鐵2～5份、錫8～30份、銅7～20份、錳0.4～1份、稀土元素0.1～1份；將上述混合物冷壓成型后，在900～960℃，90～200KN下進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)25～35分鐘；隨后在840～900℃，80～120MPa下進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)5～10分鐘，得到金剛石切割片粗品；對金剛石切割片粗品進(jìn)行修形和修銳，即得金剛石切割片成品。本發(fā)明可以顯著提高金剛石顆粒的把持力，增加金剛石切割片的耐磨性，從而提高加工性能和金剛石切割片壽命。
【專利說明】稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石切割片及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石切割片及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]金剛石切割片廣泛應(yīng)用于硅、碳化硅等光電材料和金相試樣的切割。常用金剛石切割片包括鐵基金屬結(jié)合劑金剛石切割片和鈷基金屬結(jié)合劑金剛石切割片。鐵基金剛石切割片具有較高的力學(xué)性能，對金剛石也有較好的潤濕性，并且成本低廉，但其自銳性欠佳；而鈷基金剛石切割片具有很好的成形性和可燒結(jié)性，對金剛石的潤濕性好，粘結(jié)力大，韌性好，自銳性也好，是金剛石工具領(lǐng)域應(yīng)用最廣的一種金屬結(jié)合劑，但是鈷基金剛石切割片上的金剛石靠機(jī)械方式把持，導(dǎo)致金剛石顆粒不能完全出露進(jìn)行有效切削，而且還會因拉拔力的作用使其嚴(yán)重?fù)p耗，使得金剛石顆粒脫落現(xiàn)象嚴(yán)重，影響金剛石切割片的切割效率和使用壽命。在金屬結(jié)合劑中，有時會添加少量鎢粉，這是因為金屬鎢除了能與其他金屬產(chǎn)生固熔強(qiáng)化外，還是強(qiáng)碳化物形成元素，可以和金剛石發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生化學(xué)冶金結(jié)合力，與一般的金屬結(jié)合劑只是機(jī)械地將金剛石包裹和嵌合相比，化學(xué)冶金結(jié)合力的產(chǎn)生有利于提高對金剛石的包鑲力、增強(qiáng)把持力，因此可以預(yù)計鎢基結(jié)合劑金剛石切割片將具有優(yōu)異的性能。但是鎢的熔點高達(dá)3940°C，以鎢作為金屬結(jié)合劑進(jìn)行燒結(jié)所需要的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過金剛石所承受的能力，容易導(dǎo)致金剛石顆粒的石墨化，因此目前大多都采用的是燒結(jié)溫度相對較低的碳化鎢基結(jié)合劑，單純的金屬鎢基結(jié)合劑還未見報道。但碳化鎢基結(jié)合劑一方面鎢元素本身已經(jīng)形成碳化物，其與金剛石產(chǎn)生化學(xué)冶金結(jié)合力的效果被削弱；另一方面碳化鎢基結(jié)合劑所需的燒結(jié)溫度依然較高，只適合與耐熱性能較好的金剛石配合使用，成本較高，應(yīng)用范圍窄。因此，若能解決金屬鎢基結(jié)合劑燒結(jié)溫度高的問題，將會為金剛石切割片的制造技術(shù)打開一扇新的大門。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供了一種稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石切割片及其制造方法。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案之一是:
[0005]一種稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石切割片制造方法，包括:
[0006]I)將金剛石粉末與稀土改性鎢基結(jié)合劑充分混合，該稀土改性鎢基結(jié)合劑按質(zhì)量份數(shù)包含以下組分:鶴40?75份、鎳2?6份、鐵2?5份、錫8?30份、銅7?20份、錳
0.4?I份、稀土元素0.1?I份；
[0007]2)根據(jù)所需金剛石切割片幾何外形的不同，利用相應(yīng)的模具將上述混合物進(jìn)行冷壓成型后，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度900?960°C，燒結(jié)壓力90?200KN，燒結(jié)時間25?35分鐘；
[0008]3)真空熱壓燒結(jié)后，進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度840?900°C，燒結(jié)壓力80?120MPa，燒結(jié)時間5?10分鐘，得到金剛石切割片粗品；
[0009]4)將金剛石切割片粗品進(jìn)行修形和修銳，得到金剛石切割片成品。
[0010]一實施例中:所述金剛石粉末為人造單晶金剛石粉末，且其金剛石濃度為75%?125%，粒度為W40?W50
[0011]一實施例中:所述稀土元素為鑭或鑭的化合物中的至少一種。
[0012]一實施例中:所述鑭的化合物為氧化鑭、硫酸鑭、硝酸鑭、氯化鑭中的至少一種。
[0013]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案之二是:
[0014]一種根據(jù)稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石切割片制造方法制造的稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石切割片。
[0015]本發(fā)明所述的金剛石濃度為行業(yè)術(shù)語，指單位體積金屬結(jié)合劑內(nèi)金剛石的質(zhì)量，以4.4克拉/厘米3為金剛石濃度100%。
[0016]本發(fā)明中所述的人造單晶金剛石粉末為目前市場上銷售的產(chǎn)品。
[0017]本發(fā)明中所述的鎢、鎳、鐵、錫、銅、錳均為單質(zhì)金屬粉末，均為目前市場上銷售的女口廣叩ο
[0018]本發(fā)明中所述的鑭、氧化鑭、硫酸鑭、硝酸鑭、氯化鑭均為目前市場上銷售的產(chǎn)品。
[0019]本技術(shù)方案與【背景技術(shù)】相比，它具有如下優(yōu)點:
[0020]1.本發(fā)明所提供的稀土改性鎢基結(jié)合劑，各組分相輔相成，將燒結(jié)溫度從近四千攝氏度降低至金剛石可承受的范圍，解決了一直以來鎢基結(jié)合劑因燒結(jié)溫度高而難以實際應(yīng)用的缺陷，成功實現(xiàn)了鎢基結(jié)合劑金剛石切割片的制造，并利用鎢與金剛石反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)冶金結(jié)合力，提高了金剛石顆粒在金剛石切割片上的把持力，得到的金剛石切割片硬度高，切削力強(qiáng)，耐磨損，為高性能金剛石切割片的制造開創(chuàng)了新局面。
[0021]2.本發(fā)明在鎢基結(jié)合劑中加入了稀土元素，具有控制金屬結(jié)合劑晶粒長大的效果，且在本發(fā)明的較佳實施例中采用了稀土元素的化合物，晶粒大小可控性更好，得到的金屬結(jié)合劑晶粒不會過大或過小，粒徑更穩(wěn)定，增強(qiáng)了金剛石切割片的硬度和韌性，也提高了耐磨性能和耐沖擊性能，效果比稀土元素單質(zhì)更好，進(jìn)一步提供了高性能金剛石切割片制造方法的新思路。

【具體實施方式】
[0022]下面通過實施例具體說明本發(fā)明的內(nèi)容:
[0023]實施例1
[0024]I)制備稀土改性鎢基結(jié)合劑:以該稀土改性鎢基結(jié)合劑總質(zhì)量計，包含以下組分:鎢75%、鎳5%、鐵4%、錫8%、銅7%、錳0.5%、氧化鑭0.5%，上述組分充分混合后利用高能球磨研磨均勻即得；將粒度為W40的人造單晶金剛石粉末按金剛石濃度100%與上述稀土改性鎢基結(jié)合劑充分混合；
[0025]2)根據(jù)所需金剛石切割片幾何外形的不同，利用相應(yīng)的模具將上述混合物進(jìn)行冷壓成型后，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度950°C，燒結(jié)壓力100KN，燒結(jié)時間30分鐘；
[0026]3)真空熱壓燒結(jié)后，進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度850°C，燒結(jié)壓力90MPa，燒結(jié)時間7分鐘，得到金剛石切割片粗品；
[0027]4)用金剛石滾輪和油石對金剛石切割片粗品進(jìn)行修形和修銳，得到金剛石切割片成品。采用水重法檢測該金剛石切割片的致密度，采用洛氏硬度計檢測該金剛石切割片的硬度，經(jīng)測試，其致密度為95%，硬度為HRC (洛氏硬度)64.9。
[0028]實施例2
[0029]I)制備稀土改性鎢基結(jié)合劑:以該稀土改性鎢基結(jié)合劑總質(zhì)量計，包含以下組分:鎢70 %、鎳5 %、鐵4 %、錫11 %、銅9 %、錳0.5 %、氧化鑭0.5%，上述組分充分混合后利用高能球磨研磨均勻即得；將粒度為W40的人造單晶金剛石粉末按金剛石濃度100%與上述稀土改性鎢基結(jié)合劑充分混合；
[0030]2)根據(jù)所需金剛石切割片幾何外形的不同，利用相應(yīng)的模具將上述混合物進(jìn)行冷壓成型后，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度950°C，燒結(jié)壓力100KN，燒結(jié)時間30分鐘；
[0031]3)真空熱壓燒結(jié)后，進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度850°C，燒結(jié)壓力90MPa，燒結(jié)時間7分鐘，得到金剛石切割片粗品；
[0032]4)用金剛石滾輪和油石對金剛石切割片粗品進(jìn)行修形和修銳，得到金剛石切割片成品。采用水重法檢測該金剛石切割片的致密度，采用洛氏硬度計檢測該金剛石切割片的硬度，經(jīng)測試，其致密度為95%，硬度為HRC64.5。
[0033]實施例3
[0034]I)制備稀土改性鎢基結(jié)合劑:以該稀土改性鎢基結(jié)合劑總質(zhì)量計，包含以下組分:鎢60 %、鎳5 %、鐵4 %、錫17 %、銅13 %、錳0.5 %、氧化鑭0.5%，上述組分充分混合后利用高能球磨研磨均勻即得；將粒度為W40的人造單晶金剛石粉末按金剛石濃度100%與上述稀土改性鎢基結(jié)合劑充分混合；
[0035]2)根據(jù)所需金剛石切割片幾何外形的不同，利用相應(yīng)的模具將上述混合物進(jìn)行冷壓成型后，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度950°C，燒結(jié)壓力100KN，燒結(jié)時間30分鐘；
[0036]3)真空熱壓燒結(jié)后，進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度850°C，燒結(jié)壓力90MPa，燒結(jié)時間7分鐘，得到金剛石切割片粗品；
[0037]4)用金剛石滾輪和油石對金剛石切割片粗品進(jìn)行修形和修銳，得到金剛石切割片成品。采用水重法檢測該金剛石切割片的致密度，采用洛氏硬度計檢測該金剛石切割片的硬度，經(jīng)測試，其致密度為96%，硬度為HRC65.1。
[0038]實施例4
[0039]I)制備稀土改性鎢基結(jié)合劑:以該稀土改性鎢基結(jié)合劑總質(zhì)量計，包含以下組分:鎢55 %、鎳5 %、鐵4 %、錫20 %、銅15 %、錳0.5 %、氧化鑭0.5%，上述組分充分混合后利用高能球磨研磨均勻即得；將粒度為W40的人造單晶金剛石粉末按金剛石濃度100%與上述稀土改性鎢基結(jié)合劑充分混合；
[0040]2)根據(jù)所需金剛石切割片幾何外形的不同，利用相應(yīng)的模具將上述混合物進(jìn)行冷壓成型后，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度950°C，燒結(jié)壓力100KN，燒結(jié)時間30分鐘；
[0041]3)真空熱壓燒結(jié)后，進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度850°C，燒結(jié)壓力90MPa，燒結(jié)時間7分鐘，得到金剛石切割片粗品；
[0042]4)用金剛石滾輪和油石對金剛石切割片粗品進(jìn)行修形和修銳，得到金剛石切割片成品。采用水重法檢測該金剛石切割片的致密度，采用洛氏硬度計檢測該金剛石切割片的硬度，經(jīng)測試，其致密度為97%，硬度為HRC65.2。
[0043]實施例5
[0044]I)制備稀土改性鎢基結(jié)合劑:以該稀土改性鎢基結(jié)合劑總質(zhì)量計，包含以下組分:鎢40%、鎳5%、鐵4%、錫30%、銅20%、錳0.5%、氧化鑭0.5%，上述組分充分混合后利用高能球磨研磨均勻即得；將粒度為W40的人造單晶金剛石粉末按金剛石濃度100%與上述稀土改性鎢基結(jié)合劑充分混合；
[0045]2)根據(jù)所需金剛石切割片幾何外形的不同，利用相應(yīng)的模具將上述混合物進(jìn)行冷壓成型后，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度950°C，燒結(jié)壓力100KN，燒結(jié)時間30分鐘；
[0046]3)真空熱壓燒結(jié)后，進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度850°C，燒結(jié)壓力90MPa，燒結(jié)時間7分鐘，得到金剛石切割片粗品；
[0047]4)用金剛石滾輪和油石對金剛石切割片粗品進(jìn)行修形和修銳，得到金剛石切割片成品。采用水重法檢測該金剛石切割片的致密度，采用洛氏硬度計檢測該金剛石切割片的硬度，經(jīng)測試，其致密度為97%，硬度為HRC64.2。
[0048]實施例6
[0049]I)制備稀土改性鎢基結(jié)合劑:以該稀土改性鎢基結(jié)合劑總質(zhì)量計，包含以下組分:鎢65%、鎳2%、鐵5%、錫15%、銅10%、錳0.7%、氯化鑭0.1%，上述組分充分混合后利用高能球磨研磨均勻即得；將粒度為W5的人造單晶金剛石粉末按金剛石濃度75%與上述稀土改性鎢基結(jié)合劑充分混合；
[0050]2)根據(jù)所需金剛石切割片幾何外形的不同，利用相應(yīng)的模具將上述混合物進(jìn)行冷壓成型后，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度930°C，燒結(jié)壓力150KN，燒結(jié)時間25分鐘；
[0051]3)真空熱壓燒結(jié)后，進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度900°C，燒結(jié)壓力120MPa，燒結(jié)時間5分鐘，得到金剛石切割片粗品；
[0052]4)用金剛石滾輪和油石對金剛石切割片粗品進(jìn)行修形和修銳，得到金剛石切割片成品。采用水重法檢測該金剛石切割片的致密度，采用洛氏硬度計檢測該金剛石切割片的硬度，經(jīng)測試，其致密度為95%，硬度為HRC64.3。
[0053]實施例7
[0054]I)制備稀土改性鎢基結(jié)合劑:以該稀土改性鎢基結(jié)合劑總質(zhì)量計，包含以下組分:鶴50%、鎳4%、鐵2%、錫25%、銅18%、錳I %、硫酸鑭I %，上述組分充分混合后利用高能球磨研磨均勻即得；將粒度為W20的人造單晶金剛石粉末按金剛石濃度125%與上述稀土改性鎢基結(jié)合劑充分混合；
[0055]2)根據(jù)所需金剛石切割片幾何外形的不同，利用相應(yīng)的模具將上述混合物進(jìn)行冷壓成型后，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度900°C，燒結(jié)壓力200KN，燒結(jié)時間35分鐘；
[0056]4)真空熱壓燒結(jié)后，進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度870°C，燒結(jié)壓力lOOMPa，燒結(jié)時間10分鐘，得到金剛石切割片粗品；
[0057]4)用金剛石滾輪和油石對金剛石切割片粗品進(jìn)行修形和修銳，得到金剛石切割片成品。采用水重法檢測該金剛石切割片的致密度，采用洛氏硬度計檢測該金剛石切割片的硬度，經(jīng)測試，其致密度為95%，硬度為HRC64.6。
[0058]以上實施例中，以金剛石切割片致密度和硬度最高為準(zhǔn)則，實施例4效果較好。
[0059]以上所述，僅為本發(fā)明較佳實施例而已，故不能依此限定本發(fā)明實施的范圍，即依本發(fā)明專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石切割片制造方法，其特征在于:包括: 1)將金剛石粉末與稀土改性鎢基結(jié)合劑充分混合，該稀土改性鎢基結(jié)合劑按質(zhì)量份數(shù)包含以下組分:鎢40?75份、鎳2?6份、鐵2?5份、錫8?30份、銅7?20份、錳0.4?I份、稀土元素0.1?I份； 2)根據(jù)所需金剛石切割片幾何外形的不同，利用相應(yīng)的模具將上述混合物進(jìn)行冷壓成型后，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度900?960°C，燒結(jié)壓力90?200KN，燒結(jié)時間25?35分鐘； 3)真空熱壓燒結(jié)后，進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度840?900°C，燒結(jié)壓力80?120MPa，燒結(jié)時間5?10分鐘，得到金剛石切割片粗品； 4)將金剛石切割片粗品進(jìn)行修形和修銳，得到金剛石切割片成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石切割片制造方法，其特征在于:所述金剛石粉末為人造單晶金剛石粉末，且其金剛石濃度為75%?125%，粒度為W40 ?W50
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石切割片制造方法，其特征在于:所述稀土元素為鑭或鑭的化合物中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石切割片制造方法，其特征在于:所述鑭的化合物為氧化鑭、硫酸鑭、硝酸鑭、氯化鑭中的至少一種。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石切割片制造方法制造的稀土改性鎢基結(jié)合劑金剛石切割片。
【文檔編號】C22C27/04GK104148640SQ201410355230
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】姜峰, 徐西鵬, 郭樺, 黃輝, 黃國欽 申請人:華僑大學(xué)