CN103627946B - 一种可自磨削的金刚石工具胎体材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可自磨削的金刚石工具胎体材料，由以下重量百分比的组分组成：FAM代钴预合金粉末91～99.5%；磨料0.5～9%；所述FAM代钴预合金粉的重量百分比组成为：纳米尺寸蜂窝结构的电解铁镍钴合金粉末25-50%；铜铁合金粉末40-60%；铜锡合金粉末10-30%。本发明的特点：1、在胎体中采用了超细化的FAM代钴预合金粉末，可提高胎体对金刚石的把持力，可以确保每颗金刚石都充分发挥作用；同时可降低烧结温度，以减少高温对金刚石的伤害，降低生产成本。2、在胎体内添加氧化铝、碳化硅、石英砂、熟云母等普通磨料，使胎体具有自磨削或弱化胎体的作用，但不影响胎体对金刚石的把持力，从而形成较高的金刚石出刃高度。
Description
技术领域
本发明属于胎体材料，具体涉及一种可自磨削的金刚石工具胎体材料。
背景技术
自从1880年代诞生，到1970年代大发展起来的金刚石锯切工具和磨削工具，为充分发挥金刚石的作用，人们设计了各种各样的胎体材料，以满足工具性能与加工材质、加工方式相适应的要求。制造金刚石工具的胎体材料包括金属胎体、电镀胎体、树脂胎体、陶瓷胎体等。以金属为胎体金刚石工具是以金刚石为切磨材料，以金属粉末为胎体材料，利用粉末冶金方法，经过压制成型、烧结以及必要的加工而成的金刚石制品，是目前品种最多，用量最大、用途最广的一类工具。
胎体在金刚石工具加工过程中的作用：1）分散和把持金刚石；2）保证金刚石有一点的出刃高度，实现磨损匹配；3）具有散热功能，将工作时产生的热量迅速传出去；4）具有“红硬性”，能保持高温下具有把持金刚石的能力；5）当金刚石受到冲击时，胎体承受和分散所产生的冲击载荷。
为了完成上述任务，胎体材料应具备以下性能：1）对金刚石有良好的粘接性；2）有合适的耐磨性和冲击韧性；3）对金刚石无严重侵蚀；4）较低的烧结温度；5）良好的压制工艺特性；6）稳定的烧结工艺特性；7）安全环保节能。
金属基金刚石磨具大都采用青铜基胎体，这种胎体对金刚石的把持力欠佳，耐磨性差，使用寿命短，价格较贵。影响磨具磨削性能的因素是磨料、结合剂和气孔，一般来说，胎体组织致密，则强度高、耐磨性好、几何形状保持性好，但磨削时的冷却润滑性能差，容易产生发热烧伤和堵塞现象。反之，疏松的组织则有相反的结果。
金刚石锯切工具则有多种金属胎体，如青铜基、白铜基、黄铜基、铜基、钴基、铁基、镍基、铝基等。配方五花八门，性能千差万别。它们的设计依据是努力保证金刚石对加工对象的切削磨损和加工对象对胎体磨削损耗相匹配，通常是通过调整金属粉末配方去寻找金刚石工具的锋利度与耐磨性的平衡点。其中铁基工具价格便宜，但红硬性不佳，并且性能不稳定；铜基工具硬度低、耐磨性差，对金刚石的把持力弱，靠脱落金刚石来获得锋利度；钴基工具综合性能最佳，但价格昂贵。
提高金刚石工具综合性能根本途径是，提高金刚石的品质，采用与之相匹配的胎体材料，确保金刚石高的出刃高度和胎体对金刚石的强把持力。随着我国金刚石合成技术接近国际水平，金刚石品质问题已经基本解决，与之匹配的胎体材料应该是预合金粉末。然而，国内几家大型粉末生产企业用雾化法生产的预合金粉末由于成形性欠佳，只能和单质金属粉末混合使用，预合金粉末的优点无法发挥出来。
发明内容
本发明的目的是提供一种可自磨削的金刚石工具胎体材料，以降低烧结温度，增强对金刚石的把持力，确保金刚石的出刃高度。
实现本发明目的采用的技术方案如下：
可自磨削的金刚石工具胎体材料，由以下重量百分比的组分组成：
FAM代钴预合金粉末91～99.5%；磨料0.5～9%；
所述FAM代钴预合金粉的重量百分比组成为：纳米尺寸蜂窝结构的电解铁镍钴合金粉末25-50%；铜铁合金粉末40-60%；铜锡合金粉末10-30%。
所述磨料为氧化铝、碳化硅、石英砂、熟云母中的一种。
本发明的可自磨削的金刚石工具胎体材料的制备方法可按常规方法，包括混料、冷压成形、烧结、开刃修整等工序。
本发明的特点：
1、在胎体中采用了超细化的FAM代钴预合金粉末，具有良好的代钴功能，可提高胎体对金刚石的把持力，可以确保每颗金刚石都充分发挥作用；同时可降低烧结温度，以减少高温对金刚石的伤害，降低生产成本。成型性能和烧结性能俱佳，烧结温度低(760-820℃)且烧结温度范围宽，烧结过程中的流动性和收缩性均好，烧结体组织均匀，抗弯强度（1100-1350MPa）和硬度(95-105HRB)均高；胎体烧结时间短，比青铜粉短半小时。FAM充分发挥了预合金粉末的作用和高品级金刚石的作用。
纳米尺寸粉末降低烧结温度的原理是超细粒子的熔点随粒子直径dS减小而降低，下式表达了影响熔点变化的因素：
式中：熔点变化；M：密度；tm：金属熔点；△Hm：熔化潜热；ρs：固相密度；ρL：液相密度；dS：颗粒直径；δS：固相表面张力；δL：液相表面张力。
2、在胎体内添加氧化铝、碳化硅、石英砂、熟云母等普通磨料，由于金刚石的耐冲击和耐磨性远远高于普通磨料，使胎体具有自磨削或弱化胎体的作用，但不影响胎体对金刚石的把持力，从而形成较高的金刚石出刃高度，合理控制普通磨料的粒度和浓度，即可提高加工效率。
本发明是从全预合金粉末配方和胎体自磨削概念出发而发明的一种可自磨削的金刚石工具胎体材料，确保了金刚石不掉砂且出刃高，工作起来非常锋利，加工对象明显扩大，当胎体内的普通磨料与金刚石的配合得当时，使用寿命也会明显延长。
对于一种对金刚石把持牢固，抗弯强度高硬度高的胎体，耐磨性自然很好，在胎体内引入普通磨料产生胎体自磨削，可以磨削胎体而不影响胎体对金刚石的把持力，这是以往通过调整金属粉末配方难以做到的。对于这种胎体，采用单质金属粉末或者单质金属与预合金混合粉末，也无法在较低温度条件下烧结实现完全合金化形成性能优越的胎体。
本发明把胎体增强对金刚石的把持力和提高锋利度的功能进行了有效分解，从而减轻了对胎体材料的要求，不再需要通过调整金属粉末配方去寻找金刚石工具锋利度与耐磨性的平衡点。提高金刚石工具锋利度的功能则由自磨削材料承担。这种任务分解，可以降低金刚石磨具和锯切工具的生产成本，全面提高产品综合性能。
下面结合实施例进一步说明本发明的技术方案。
具体实施方式
实施例1
可自磨削的金刚石工具胎体材料，其重量百分比组分为：FAM代钴预合金粉末95%和碳化硅（200#）5%；其中，FAM代钴预合金粉的重量百分比组成为：纳米尺寸蜂窝结构的电解铁镍钴合金粉末50%；铜铁合金粉末40%；铜锡合金粉末10%。用该胎体材料制作金刚石工具——陶瓷干磨轮，解决了以往用青铜基胎体材料容易掉边问题，并延长磨削寿命30%以上，降低生产成本25%以上。
实施例2
可自磨削的金刚石工具胎体材料，其重量百分比组分为：FAM代钴预合金粉末97%和熟云母（200#）3%；其中，FAM代钴预合金粉的重量百分比组成为：纳米尺寸蜂窝结构的电解铁镍钴合金粉末25；铜铁合金粉末60%；铜锡合金粉末15%。用该胎体材料制作金刚石工具——大理石中径锯片，与以往的黄铜基胎体材料比较，可以减少金刚石的用量。
实施例3
可自磨削的金刚石工具胎体材料，其重量百分比组分为：FAM代钴预合金粉末99%和碳化硅（200#）1%；其中，FAM代钴预合金粉的重量百分比组成为：纳米尺寸蜂窝结构的电解铁镍钴合金粉末30%；铜铁合金粉末50%；铜锡合金粉末20%。用该胎体材料制作金刚石工具——石材小切割片，提高加工效率20%以上，降低生产成本15%以上，自动冷压成形成品率达98%以上，无压烧结过程的收缩性和保持产品不变形不开裂性能良好，大大提高了产品的成品率，确保了产品性能的稳定性。
实施例4
可自磨削的金刚石工具胎体材料，其重量百分比组分为：FAM代钴预合金粉末98%和氧化铝（200#）2%；其中，FAM代钴预合金粉的重量百分比组成为：纳米尺寸蜂窝结构的电解铁镍钴合金粉末45%；铜铁合金粉末40%；铜锡合金粉末15%。用该胎体材料制作金刚石工具——陶瓷小切割片，同时提高了产品的锋利度和耐磨性。
实施例5
可自磨削的金刚石工具胎体材料，其重量百分比组分为：FAM代钴预合金粉末99.5%和碳化硅（300#）0.5%；其中，FAM代钴预合金粉的重量百分比组成为：纳米尺寸蜂窝结构的电解铁镍钴合金粉末30%；铜铁合金粉末45%；铜锡合金粉末25%。用该胎体材料制作金刚石工具——花岗岩中径锯片，同时提高了产品的锋利度和耐磨性以及普适性。
实施例6
可自磨削的金刚石工具胎体材料，其重量百分比组分为：FAM代钴预合金粉末91%和石英砂（400#）9%；其中，FAM代钴预合金粉的重量百分比组成为：纳米尺寸蜂窝结构的电解铁镍钴合金粉末35%；铜铁合金粉末55%；铜锡合金粉末10%。用该胎体材料制作金刚石工具——硬质合金砂轮，提高了加工效率。
上述各实施例中的金刚石工具，可采用性能较好的较高品级金刚石。
Claims (2)
1.一种可自磨削的金刚石工具胎体材料，其特征是由以下重量百分比的组分组成：
FAM代钴预合金粉末91～99.5%；磨料0.5～9%；
所述FAM代钴预合金粉的重量百分比组成为：纳米尺寸蜂窝结构的电解铁镍钴合金粉末25-50%；铜铁合金粉末40-60%；铜锡合金粉末10-30%。
2.根据权利要求1所述的可自磨削的金刚石工具胎体材料，其特征是所述磨料为氧化铝、碳化硅、石英砂、熟云母中的一种。
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| CN101509375A (zh) * | 2009-03-23 | 2009-08-19 | 中南大学 | 孕镶金刚石-硬质合金强耐磨截齿及其制作工艺 |
| CN101934500A (zh) * | 2010-05-07 | 2011-01-05 | 广东奔朗新材料股份有限公司 | 金刚石磨块及其制作方法 |
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2013
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