一種銅基金剛石胎體復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種銅基金剛石胎體復(fù)合材料的制備方法，屬于金剛石材料制備加工方法【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明首先制備超細(xì)銅鈦合金粉末，然后將電解銅板和純鈦按比例混合，真空熔煉成銅鈦中間合金，再利用氬氣保護(hù)高能球磨的方法將中間合金制備成超細(xì)銅鈦合金粉末；然后與銅粉、超細(xì)錫粉和其它超細(xì)粉末混合，在純氫燒結(jié)爐內(nèi)，燒結(jié)冷卻后破碎；再通過篩分、合批包裝工序，制備出含強(qiáng)碳化物形成元素Ti的銅基金剛石胎體復(fù)合材料。本發(fā)明所制備的復(fù)合粉末材料可以改善金剛石胎體材料與金剛石界面浸潤和粘結(jié)，較元素混合法成分均勻，用于金剛石工具刀頭的質(zhì)量穩(wěn)定；較金剛石表面鍍鈦技術(shù)，成本低，刀頭燒結(jié)溫度低；相對(duì)于霧化法，成本低，粉末冷壓性能優(yōu)良。
【專利說明】一種銅基金剛石胎體復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明特別涉及的一種銅基金剛石胎體復(fù)合材料的制備方法，屬于金剛石材料制備加工方法【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，我國金剛石和金剛石工具工業(yè)有了飛躍的發(fā)展，從數(shù)量的飛躍并開始了從質(zhì)量上的提升。為提高金剛石工具的使用壽命和性能，金剛石業(yè)界研究的重點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)是如何加強(qiáng)合金胎體材料對(duì)金剛石的冶金結(jié)合力，改善金剛石胎體對(duì)金剛石的浸潤性。
[0003]上世紀(jì)七十年代，研究發(fā)現(xiàn)在銅、銀等低熔點(diǎn)釬焊合金中添加了適量強(qiáng)碳化物形成元素，如T1、Cr等之后，該合金對(duì)金剛石的浸潤性有了顯著的改善，其浸潤角均可少于45度，合金成分調(diào)配合適時(shí)，其浸潤角甚至可以達(dá)到O度，這種合金可以實(shí)現(xiàn)對(duì)金剛石冶金焊接。其機(jī)理是:當(dāng)添加了適量強(qiáng)碳化物形成元素(T1、Cr)于銅、銀合金之后，在釬焊溫度下，溶液中T1、Cr元素優(yōu)先與由碳原子構(gòu)成的金剛石表面產(chǎn)生界面反應(yīng)，生成相應(yīng)的碳化物(TiC、Cr2C3)牢固地附著在金剛石表面上，合金溶液通過對(duì)界面生成碳化物的浸潤和焊接(粘結(jié))而實(shí)現(xiàn)對(duì)金剛石的浸潤和焊接(粘結(jié))。已經(jīng)證實(shí)常用的十種強(qiáng)碳化物的形成元素T1、Zr、Cr、V、Ta、Nb、Ha、W、Mo、Si，對(duì)金剛石均有類似的界面反應(yīng)生成碳化物，均在不同程度上改善了釬焊銅、銀合金對(duì)金剛石浸潤和焊接(粘結(jié))。
[0004]將這種焊接機(jī)理應(yīng)用于金剛石工具:金剛石拉絲模、金剛石刀頭及孕鑲式金剛石工具生產(chǎn)制造上，由于實(shí)現(xiàn)了對(duì)金剛石的冶金焊接(粘結(jié))，增強(qiáng)合金基體(胎體)對(duì)金剛石的嵌鑲與粘結(jié)力，顯著提高了金剛石工具的壽命。
[0005]縱觀國內(nèi)外強(qiáng)碳化物形成元素對(duì)金剛石結(jié)合力方面的研究和應(yīng)用，主要包括“金剛石表面金屬化和包覆技術(shù)”，“改善金剛石胎體材料與金剛石界面浸潤和粘結(jié)技術(shù)”。
[0006]“金剛石表面金屬化和包覆技術(shù)”普遍采用真空微蒸方法在金剛石顆粒表面鍍鈦，使金剛石與鍍層之間形成了金屬碳化物鍍層結(jié)構(gòu)，鍍層與金剛石發(fā)生了鍵合，而在表面層為純金屬鈦，鍍鈦層與金剛石結(jié)合力大于140 MPa，這種結(jié)構(gòu)使金剛石脫離率降低，出刃高度增加，且避免有害雜質(zhì)影響金剛石性能。但這種鍍鈦技術(shù)對(duì)制造設(shè)備和原材料要求高，影響質(zhì)量不穩(wěn)定因素多，成熟技術(shù)掌握在一兩個(gè)研究所和學(xué)校，且成本高；而且金屬鈦和胎體材料的結(jié)合工藝溫度偏高。
[0007]“改善金剛石胎體材料與金剛石界面浸潤和粘結(jié)技術(shù)”是對(duì)金剛石胎體材料的設(shè)計(jì)，提高燒結(jié)后的金剛石界面和胎體材料的浸潤性。主要方法有:強(qiáng)碳化物形成元素與主體材料混合法、霧化法。混合法制作工藝簡單，但存在以下問題:各元素粉末松裝比重相差較大，成份不均勻，容易產(chǎn)生制品成份偏析，影響工具質(zhì)量穩(wěn)定性。霧化法生產(chǎn)的胎體粉末由于每個(gè)粉末顆粒都包含組成合金的各種金屬元素，成份均勻性相當(dāng)好。由于霧化粉末共熔點(diǎn)較合金中單元素熔點(diǎn)要低得多，因此燒結(jié)溫度低。因此霧化法生產(chǎn)的預(yù)合金粉末在金剛石工具胎體材料中得到了應(yīng)用。由于含強(qiáng)碳化物形成元素，如:T1、Cr等，屬于活性金屬，采用水霧化大氣中生產(chǎn) ，損耗很大，如:銅80%錫13%鈦7%合金粉采用水霧化生產(chǎn)，金屬損耗率10%~20%，從社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益考慮，都是不經(jīng)濟(jì)的。另外，含強(qiáng)碳化物形成元素的合金粉可以采用真空氬氣霧化來生產(chǎn)，但粉末呈球形或近球形，松裝比重大，壓制成形很差，尤其是對(duì)最近發(fā)展起來的金剛石工具刀頭冷壓生產(chǎn)工藝無法使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種銅基金剛石胎體復(fù)合材料的制備方法。
[0009]一種銅基金剛石胎體復(fù)合材料的制備方法，其具體步驟如下:
[0010](1)將電解銅板和純鈦按比例真空熔煉成銅鈦中間合金，其中銅和鈦的質(zhì)量比為(0.9:1)~(1.1:1)；
[0011](2)將步驟(1)所制備的銅鈦中間合金，利用氬氣保護(hù)高能球磨的方法制備成超細(xì)銅鈦合金粉末，所述其它超細(xì)粉末為鎳粉或鋅粉；
[0012](3)將步驟(2)所制備的超細(xì)銅鈦合金粉末，與銅粉、超細(xì)錫粉和其它超細(xì)粉末，按比例混合，其中銅元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%~80%，錫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%~15%，鈦元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%~20%，其它元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%~10% ;在純氫燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)后，冷卻再破碎，得到混合粉末；
[0013](4)將步驟(3)所制備的混合粉末，通過篩分、合批包裝工序，制備出含強(qiáng)碳化物形成元素Ti的銅基金剛石胎體復(fù)合材料。
[0014]步驟(2)中所述超細(xì)銅鈦合金粉末的中位徑D50為1μm~5 μ m。
[0015]步驟(3)中所述銅粉粒度為200目以細(xì)，超細(xì)錫粉或其它超細(xì)粉末的中位徑為Iμ m~5 μ m。
[0016]所述步驟(3)中混料時(shí)間為1h~2 h，在純氫氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為500 V ^700°C，燒結(jié)時(shí)間為1h~2 h。
[0017]本發(fā)明的有益效果為:
[0018]本發(fā)明所制備的含強(qiáng)碳化物形成元素Ti的銅基金剛石胎體復(fù)合粉末材料可以改善金剛石胎體材料與金剛石界面浸潤和粘結(jié)，較元素混合法成分均勻，用于金剛石工具刀頭的質(zhì)量穩(wěn)定；較金剛石表面鍍鈦技術(shù)，成本低，刀頭燒結(jié)溫度低；相對(duì)于霧化法，成本低，粉末冷壓性能優(yōu)良，尤其適用于最新發(fā)展的金剛石工具刀頭冷壓生產(chǎn)工藝。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明方法的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明提供了一種銅基金剛石胎體復(fù)合材料的制備方法，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0021]實(shí)施例1
[0022]利用本發(fā)明方法制備含強(qiáng)碳化物形成元素Ti的銅基金剛石胎體復(fù)合粉末材料:其中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%，錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13%，鈦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%，總質(zhì)量為1kg。該方法具體步驟如下:
[0023]( 1)將電解銅板和純鈦按質(zhì)量比1:1比例混合，真空熔煉成銅鈦中間合金；[0024](2)將步驟(1)所制備的銅鈦中間合金，利用氬氣保護(hù)高能球磨的方法制備成超細(xì)銅鈦合金粉末，測得中位徑D50為2.3 μ m ;
[0025](3)取步驟(2)所制備的超細(xì)銅鈦合金粉末140 g，與730 g的200目銅粉、130g的超細(xì)錫粉(中位徑D50為4.5 μπι)，混合I h，然后在純氫燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)溫度580°C，燒結(jié)時(shí)間為1.5 h，冷卻后再破碎，得到混合粉末；
[0026](4)將步驟(3)所制備的混合粉末，通過200目篩網(wǎng)篩分，再合批包裝，制備出含強(qiáng)碳化物形成元素Ti的銅基金剛石胎體復(fù)合粉體材料:其中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%，錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13%，鈦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%。
[0027]實(shí)施例2
[0028]利用本發(fā)明方法制備含強(qiáng)碳化物形成元素Ti的銅基金剛石胎體復(fù)合粉末材料:其中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%，錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，鈦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，總質(zhì)量為1kg。該方法具體步驟如下:
[0029]( 1)將電解銅板和純鈦按質(zhì)量比1:1比例混合，真空熔煉成銅鈦中間合金；
[0030](2)將步驟(1)所制備的銅鈦中間合金，利用氬氣保護(hù)高能球磨的方法制備成超細(xì)銅鈦合金粉末，測得中位徑D50為4.1 μ m ;
[0031](3)取步驟(2)所制備的超細(xì)銅鈦合金粉末200 g，與700 g的200目銅粉、50 g的超細(xì)錫粉(中位徑D50為3.0 μ m), 50 g的超細(xì)鎳粉(中位徑D50為2.8 μ m),混合1.5h，然后在純氫燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)溫度630 °C，燒結(jié)時(shí)間為1.5 h，冷卻后再破碎，得到混合粉末；
[0032](4)將步驟(3)所制備的混合粉末，通過200目篩網(wǎng)篩分，再合批包裝，制備出含強(qiáng)碳化物形成元素Ti的銅基金剛石胎體復(fù)合粉體材料:其中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%，錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，鈦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%。
[0033]實(shí)施例3
[0034]利用本發(fā)明方法制備含強(qiáng)碳化物形成元素Ti的銅基金剛石胎體復(fù)合粉末材料:其中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%，錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%，鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%，鈦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%，總質(zhì)量為1kg。該方法具體步驟如下:
[0035]( I)將電解銅板和純鈦按質(zhì)量比1:1比例混合，真空熔煉成銅鈦中間合金；
[0036]將步驟(1)所制備的銅鈦中間合金，利用氬氣保護(hù)高能球磨的方法制備成超細(xì)銅鈦合金粉末，測得中位徑D50為3.0 μ m ;
[0037](3)取步驟(2)制備的超細(xì)銅鈦合金粉末280 g，與610 g的200目銅粉、80 g的超細(xì)錫粉(中位徑D50為1.5 ym)，30g的超細(xì)鋅粉(中位徑D50為1.8 μπι)，混合2h，然后在純氫燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)溫度600 °C，燒結(jié)時(shí)間1.5 h，冷卻后再破碎，得到混合粉末；
[0038](4)將步驟(3)所制備的粉末，通過200目篩網(wǎng)篩分，再合批包裝，制備出含強(qiáng)碳化物形成元素Ti的銅基金剛石胎體復(fù)合粉體材料:其中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%，錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%，鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%，鈦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%。
【權(quán)利要求】
1.一種銅基金剛石胎體復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，具體步驟如下: (1)將電解銅板和純鈦按比例真空熔煉成銅鈦中間合金，其中銅和鈦的質(zhì)量比為(0.9:1)~(1.1:1)； (2)將步驟(1)所制備的銅鈦中間合金，利用氬氣保護(hù)高能球磨的方法制備成超細(xì)銅鈦合金粉末，所述其它超細(xì)粉末為鎳粉或鋅粉； (3)將步驟(2)所制備的超細(xì)銅鈦合金粉末，與銅粉、超細(xì)錫粉和其它超細(xì)粉末，按比例混合，其中銅元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%~80%，錫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%~15%，鈦元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%~20%，其它元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%~10% ;在純氫燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)后，冷卻再破碎，得到混合粉末； (4)將步驟(3)所制備的混合粉末，通過篩分、合批包裝工序，制備出含強(qiáng)碳化物形成元素Ti的銅基金剛石胎體復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(2)中所述超細(xì)銅鈦合金粉末的中位徑 D50 為 1 μ m~5 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(3)中所述銅粉粒度為200目以細(xì)，超細(xì)錫粉或其它超細(xì)粉末的中位徑為1μm-5 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟(3)中混料時(shí)間為1h~2h，在純氫氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為500℃ ^700 °C，燒結(jié)時(shí)間為1h-2 h。
【文檔編號(hào)】B22F1/00GK103898344SQ201210568183
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月24日
【發(fā)明者】張敬國, 張少明, 汪禮敏, 張景懷 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院, 有研粉末新材料（北京）有限公司