專利名稱：用于金剛石工具制造的銅基粘結(jié)劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粉末冶金，更具體地說，涉及復合材料的生產(chǎn)方法，本發(fā)明可用于制造適合于建筑工業(yè)和石材加工中需要的金剛石工具所用的銅基粘結(jié)劑，包括不同設計的用于高速公路和跑道維修、冶金廠和核電站的翻新、橋梁及其它建筑物改造的分段裁切砂輪，以及用于切割高強度鋼筋混凝土的鉆頭和分段裁切砂輪。粘結(jié)劑影響工具的設計。粘結(jié)劑決定外殼材料的選擇和將金剛石焊層與該外殼層結(jié)合(bounding)的方法。粘結(jié)劑的物理和機械特性決定了磨料金剛石工具的潛在的形狀和大小。
背景技術(shù)：
已知一種鉆石工具粘結(jié)劑(RU 2286241C2，公開于2006. 07. 07)包括一種選自元
素周期表中鐵族的金屬、碳化鈦和一種金屬/非金屬化合物。所述粘結(jié)劑還包括用于增加粘結(jié)劑強度和金剛砂粘合性的碳化鋯。所述已知的粘結(jié)劑的缺點是使用了昂貴并且有害的鈷，對高強度鋼筋混凝土的切割速度降低，且工具壽命更短。此處公開的發(fā)明的原型是一種由銅基和錫、鎳、鋁和超細粒度金剛石添加劑組成的金剛石工具粘結(jié)劑(RU 2172238C2，公開于2001.08.20，分類號8240 3/06)。所述材料的缺點是耐磨性、硬度、強度和沖擊韌性不足。本發(fā)明的目的是提供具有更高耐磨性、硬度、強度和沖擊韌性的金剛石工具粘結(jié)劑而不必顯著提高需要的燒結(jié)溫度。

發(fā)明內(nèi)容
以下是根據(jù)此處公開的發(fā)明提供的金剛石工具粘結(jié)劑的幾種實例，其中所述目的是通過添加作為主要的粘結(jié)劑成分的銅族金屬和納米粉末形式的合金添加劑達到的。銅基金剛石工具粘結(jié)劑含有如下比例的成分，Wt. % (重量百分比)Cu (銅)=30 60Fe(鐵)=20 35Co (鈷)=10 15Sn(錫)=O 10.5WC (碳化鶴)=O 2O合金添加劑=I 15。合金添加劑是以6 25m2/g比表面積納米粉末的形式添入。在特定的實施方案中，合金添加劑可以是碳化鎢或鎢或鑰或氧化鋁或二氧化鋯或碳化鈮和/或氮化硅。在本發(fā)明的另一實施方案中，銅基金剛石工具粘結(jié)劑含有如下比例的成分，Wt. %(重量百分比)
Cu (銅)=30 60Fe (鐵)=20 35Co (鈷)=10 15Sn(錫)=O 10.5WC (碳化鎢)=O 20合金添加劑=O. 01 5。合金添加劑是以75 150m2/g比表面積納米粉末的形式添入。在特定的實施方案中，合金添加劑包含碳納米管或納米粒金剛石。在本發(fā)明的上述任何一個實施方案中，粘結(jié)劑中銅、鐵、鈷和強化納米粒子的存在可以使粘結(jié)劑滿足以下要求a)對金剛石具有良好的潤濕性；b)金剛砂的強粘合性；c)自銳性，即由于金剛砂變鈍導致粘結(jié)劑損壞，所以鈍的金剛砂剝落以露出新的金剛砂的切割面；d)足夠的熱穩(wěn)定性和高導熱系數(shù)；e)對所處理的材料的最小的摩擦比率；f)接近金剛石的線膨脹系數(shù)；g)與所處理的材料和冷卻劑不發(fā)生化學反應。以上公開的成分中的合金添加劑為粘結(jié)劑提供了高硬度、高溫強度和熱穩(wěn)定性，并由此增加了切割速度和工具壽命。對于本發(fā)明的第一實施方案，合金添加劑的含量低于此處提供的范圍的下限(lwt. % )，對于粘結(jié)劑的有效的彌散硬化是不足的，它們幾乎不影響合成材料的結(jié)構(gòu)和性能。然而，如果合金添加劑的含量高于此處提供的范圍的上限(15wt. %)，則納米成分的含量太高。與銅相比，由于合金添加劑更加耐火，更加堅硬且有更高的彈性模量，它們使內(nèi)應力集中，因此使材料表現(xiàn)出明顯的脆性行為，降低了粘結(jié)劑的強度和耐磨性，增加了所需的燒結(jié)溫度和降低了(compromising)壓縮性。所述合金添加劑的濃度范圍(I 15wt. % )只適用于6 25m2/g比表面積納米粉末，因為理論和試驗數(shù)據(jù)表明，彌散硬化的效率不僅取決于合金中納米粒子的含量，還取決于它們的平均尺寸，該平均尺寸可以從納米粉末的比表面積計算出。對于本發(fā)明的第二實施方案，合金添加劑的含量低于此處提供的范圍的下限(O. Olwt. % )，對于粘結(jié)劑的有效的彌散硬化是不足的，它們幾乎不影響合成材料的結(jié)構(gòu)和性能。然而，如果合金添加劑的含量高于此處提供的范圍的上限(5wt. % )，則納米成分的含量過高。與銅相比，由于合金添加劑是更加耐火，堅硬且有較高的彈性系數(shù)，它們使內(nèi)應力集中，因此造成材料表現(xiàn)出明顯的脆性，降低了粘結(jié)劑的強度和耐磨性，增加了所需的燒結(jié)溫度和降低了壓縮性。所述合金添加的劑含量范圍(O. 01 5wt. % )只適用于75 150m2/g比表面積納米粉末，因為理論和試驗數(shù)據(jù)表明，彌散硬化的效率不僅取決于合金中納米粒子的含量，還取決于它們的平均尺寸，該平均尺寸可以從納米粉末的比表面積計算出。發(fā)明的實施方式
粘結(jié)劑可以使用粉末冶金的方法生產(chǎn)燒結(jié)然后在燒結(jié)溫度濃縮。這種方法因為加熱到燒結(jié)溫度，暴露在燒結(jié)溫度、濃縮和冷卻到室溫的總持續(xù)時間是在15分鐘內(nèi)，因而有較高的產(chǎn)量。工作室內(nèi)的高加熱速率和均勻的溫度分布是使電流通過作為沖模(die)的燒結(jié)模具提供的。在暴露于燒結(jié)溫度后立即壓縮，產(chǎn)生產(chǎn)品所需的密度和形狀。該沖模設計允許在惰性環(huán)境或防護環(huán)境中實施加工，以提高工具的質(zhì)量。表I 3所示的例子說明了根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案的粘結(jié)劑的性能是如何依賴于粘結(jié)劑成分和合金添加劑的含量的。表1.粘結(jié)劑性能相對于納米粒碳化鎢WC濃度
權(quán)利要求
1.銅基粘結(jié)劑，用于制造含有6 25m2/g比表面積納米粉末合金的金剛石工具，按以下成分比wt. %進行添加Cu=30 60Fe=20 35Co=10 15Sn=O 10. 5WC=O 20合金添加劑=I 15。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘結(jié)劑，其中所述的合金添加劑是碳化鎢或鎢或鑰或氧化鋁或二氧化鋯或碳化鈮和/或氮化硅。
3.銅基粘結(jié)劑，用于制造含有75 150m2/g比表面積納米粉末合金的金剛石工具，按以下成分比wt. %進行添加Cu=30 60Fe=20 35Co=10 15Sn=O 10. 5WC=O 20合金添加劑=0.01 5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘結(jié)劑，其中所述的合金添加劑是以碳納米管或以納米粒金剛石的形式存在。
全文摘要
本發(fā)明涉及粉末冶金，更確切地說，涉及復合材料的生產(chǎn)方法，本發(fā)明可用于制造建筑工業(yè)和石材加工中需要的金剛石工具的銅基粘結(jié)劑。該銅基粘結(jié)劑包括以下比率(wt.％)的成分銅(30～60)，鐵(20～35)，鈷(10～15)，錫(0～10.5)，碳化鎢(0～20)以及合金添加劑。根據(jù)第一個變型方式，合金添加劑是以6～25m2/g比表面積納米粉末的形式添入，重量百分比為1～15％。根據(jù)第二變型方式，合金添加劑是以75～150m2/g比表面積納米粉末的形式添入，重量百分比為0.01～5％。粘結(jié)劑具有高耐磨性，而且不會顯著提高所需要的燒結(jié)溫度，同時還具有高的硬度、強度和耐沖擊韌性。
文檔編號B24D3/06GK103038025SQ201180011937
公開日2013年4月10日 申請日期2011年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月1日
發(fā)明者葉夫根尼·阿里桑德羅維奇·賴巴舍夫, 弗拉基米爾·阿萊克瑟維奇·安德烈耶夫, 維多利亞·弗拉基米爾洛夫娜·庫爾巴特齊娜, 亞歷山大·阿納托勒維奇·扎伊采夫, 達婭·安德烈夫娜·斯多洛恩科, 謝爾蓋·伊萬諾維奇·洛巴索夫 申請人:俄羅斯聯(lián)邦政府預算機構(gòu)《聯(lián)邦軍事、特殊及雙用途智力活動成果權(quán)利保護機構(gòu)》, 國立科技與理工學院