CN106216696A - 一种含钛铜基金刚石胎体复合材料的制备流水线设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于复合材料制备技术领域的一种含钛铜基金刚石胎体复合材料的制备流水线设备。该复合材料的制备流水线设备由真空熔炼炉、球磨机、三维混料机、氢气烧结炉、破碎筛分机按照制备工艺流程串联布置成铜基金刚石胎体复合材料的制备流水线。该含钛铜基金刚石胎体复合材料制备的流水线设备生产的含钛铜基金刚石胎体复合材改善金刚石胎体材料与金刚石界面浸润和粘结，克服了混合法的各元素粉末松装比重相差较大，成份不均匀，容易产生制品成份偏析，影响工具质量稳定性的缺点，用于金刚石工具刀头的质量稳定；较金刚石表面镀钛技术，成本低，刀头烧结温度低；相对于雾化法，成本低，粉末冷压性能优良，适用于金刚石工具刀头冷压生产工艺。
Description
技术领域
本发明属于复合材料制备技术领域，特别涉及一种含钛铜基金刚石胎体复合材料的制备流水线设备。具体说是一种含元素Ti、锡等的铜基金刚石胎体复合材料的制备装置，制备的复合粉末用于金刚石刀头的制备，可以改善金刚石胎体材料与金刚石界面浸润和粘结，提高金刚石工具的综合性能。
背景技术
近年来，我国金刚石和金刚石工具工业有了飞跃的发展，从数量的飞跃并开始了从质量上的提升。为提高金刚石工具的使用寿命和性能，金刚石业界研究的重点和关键技术是如何加强合金胎体材料对金刚石的冶金结合力，改善金刚石胎体对金刚石的浸润性。
上世纪七十年代，研究发现在铜、银等低熔点钎焊合金中添加了适量强碳化物形成元素，如Ti、Cr等之后，该合金对金刚石的浸润性有了显著的改善，其浸润角均可少于45度，合金成分调配合适时，其浸润角甚至可以达到0度，这种合金可以实现对金刚石冶金焊接。其机理是：当添加了适量强碳化物形成元素(Ti、Cr)于铜、银合金之后，在钎焊温度下，溶液中Ti、Cr元素优先与由碳原子构成的金刚石表面产生界面反应，生成相应的碳化物(TiC、Cr2C3)牢固地附着在金刚石表面上，合金溶液通过对界面生成碳化物的浸润和焊接(粘结)而实现对金刚石的浸润和焊接(粘结)。已经证实常用的十种强碳化物的形成元素Ti、Zr、Cr、V、Ta、Nb、Ha、W、Mo、Si，对金刚石均有类似的界面反应生成碳化物，均在不同程度上改善了钎焊铜、银合金对金刚石浸润和焊接(粘结)。
将这种焊接机理应用于金刚石工具：金刚石拉丝模、金刚石刀头及孕镶式金刚石工具生产制造上，由于实现了对金刚石的冶金焊接(粘结)，增强合金基体(胎体)对金刚石的嵌镶与粘结力，显著提高了金刚石工具的寿命。
纵观国内外强碳化物形成元素对金刚石结合力方面的研究和应用，主要包括“金刚石表面金属化和包覆技术”，“改善金刚石胎体材料与金刚石界面浸润和粘结技术”。
“金刚石表面金属化和包覆技术”普遍采用真空微蒸方法在金刚石颗粒表面镀钛，使金刚石与镀层之间形成了金属碳化物镀层结构，镀层与金刚石发生了键合，而在表面层为纯金属钛，镀钛层与金刚石结合力大于140MPa，这种结构使金刚石脱离率降低，出刃高度增加，且避免有害杂质影响金刚石性能。但这种镀钛技术对制造设备和原材料要求高，影响质量不稳定因素多，成熟技术掌握在一两个研究所和学校，且成本高；而且金属钛和胎体材料的结合工艺温度偏高。
“改善金刚石胎体材料与金刚石界面浸润和粘结技术”是对金刚石胎体材料的设计，提高烧结后的金刚石界面和胎体材料的浸润性。主要方法有：强碳化物形成元素与主体材料混合法、雾化法。混合法制作工艺简单，但存在以下问题：各元素粉末松装比重相差较大，成份不均匀，容易产生制品成份偏析，影响工具质量稳定性。雾化法生产的胎体粉末由于每个粉末颗粒都包含组成合金的各种金属元素，成份均匀性相当好。由于雾化粉末共熔点较合金中单元素熔点要低得多，因此烧结温度低。因此雾化法生产的预合金粉末在金刚石工具胎体材料中得到了应用。由于含强碳化物形成元素，如：Ti、Cr等，属于活性金属，采用水雾化大气中生产，损耗很大，如：铜80％锡13％钛7％合金粉采用水雾化生产，金属损耗率10-20％，从社会和经济效益考虑，都是不经济的。另外，含强碳化物形成元素的合金粉可以采用真空氩气雾化来生产，但粉末呈球形或近球形，松装比重大，压制成形很差，尤其是对最近发展起来的金刚石工具刀头冷压生产工艺无法使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种含钛铜基金刚石胎体复合材料的制备流水线设备，其特征在于，该复合材料的制备流水线设备由真空熔炼炉、球磨机、三维混料机、氢气烧结炉、破碎筛分机按照制备工艺流程串联布置成铜基金刚石胎体复合材料的制备流水线。
所述含钛铜基金刚石胎体复合材料的制备流水线在真空熔炼炉前设置电解铜板和纯钛材料的配料装置；在真空熔炼炉后设置铜钛复合中间合金保存容器；
所述球磨机配置氩气瓶，用于球磨机球磨机将中间合金制备成超细铜钛合金粉末时的氩气保护。
所述三维混料机用于将一定规格的铜粉、超细铜钛合金粉、超细锡粉混合均匀。
所述氢气烧结炉将混合均匀的粉末烧结成合金。
所述破碎筛分机由破碎机和筛网构成；先将烧结成的合金破碎成粉体，然后进行筛分；得到不同粒度范围的含钛铜基金刚石胎体粉体材料。
本发明的有益效果为：本发明制备的含强碳化物形成元素Ti的铜基金刚石胎体复合粉末材料可以改善金刚石胎体材料与金刚石界面浸润和粘结，克服了混合法的各元素粉末松装比重相差较大，成份不均匀，容易产生制品成份偏析，影响工具质量稳定性的缺点，用于金刚石工具刀头的质量稳定；较金刚石表面镀钛技术，成本低，刀头烧结温度低；相对于雾化法，成本低，粉末冷压性能优良，尤其适用于最新发展的金刚石工具刀头冷压生产工艺。
附图说明
图1为复合材料的制备流水线设备组成示意图；
图中1-纯钛板和电解铜板配料装置；2-真空熔炼炉；3-铜钛中间合金保存容器；4-球磨机；5-超细铜钛合金粉；6-铜粉、超细锡粉配料；7-三维混料机；8-混合均匀的粉末；9-氢气烧结炉；10-含钛铜基合金；11-破碎筛分机；12-含钛的铜基金刚石胎体粉体材料。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种含钛铜基金刚石胎体复合材料的制备流水线设备，该复合材料的制备流水线设备由真空熔炼炉、球磨机、三维混料机、氢气烧结炉、破碎筛分机按照制备工艺流程串联布置成含钛铜基金刚石胎体复合材料的制备流水线。下面结合附图予以说明。
图1所示为复合材料的制备流水线设备组成示意图；所述含钛铜基金刚石胎体复合材料的制备流水线在真空熔炼炉2前设置电解铜板和纯钛材料的配料装置1；在真空熔炼炉后设置铜钛复合中间合金保存容器3，用于存放按照按一定比例配料的电解铜板和纯钛板被真空熔炼炉2熔炼成的铜钛复合中间合金；球磨机4配置氩气瓶，在球磨机球磨机4将中间合金制备成超细铜钛合金粉5时进行氩气保护；三维混料机7将一定规格的超细铜钛合金粉5、铜粉和超细锡粉6混合均匀，混合均匀的粉末8进入氢气烧结炉9烧结成含钛铜基合金10；其后进入由破碎机和筛网构成破碎筛分机11，先将含钛铜基合金破碎成粉体，然后进行筛分；得到不同粒度范围的含钛铜基金刚石胎体粉体材料12，制备出铜基金刚石胎体复合材料。
Claims (6)
1.一种含钛铜基金刚石胎体复合材料制备的流水线设备，其特征在于，该复合材料的制备流水线设备由真空熔炼炉、球磨机、三维混料机、氢气烧结炉、破碎筛分机按照制备工艺流程串联布置成含钛铜基金刚石胎体复合材料的制备流水线。
2.根据权利要求1所述一种含钛铜基金刚石胎体复合材料制备的流水线设备，其特征在于，所述铜基金刚石胎体复合材料的制备流水线在真空熔炼炉前设置电解铜板和纯钛材料的配料装置；在真空熔炼炉后设置铜钛复合中间合金保存容器。
3.根据权利要求1所述一种含钛铜基金刚石胎体复合材料制备的流水线设备，其特征在于，所述球磨机配置氩气瓶，用于球磨机球磨机将中间合金制备成超细铜钛合金粉末时的氩气保护。
4.根据权利要求1所述一种含钛铜基金刚石胎体复合材料制备的流水线设备，其特征在于，所述三维混料机用于将一定规格的铜粉、超细铜钛合金粉、超细锡粉混合均匀。
5.根据权利要求1所述一种含钛铜基金刚石胎体复合材料制备的流水线设备，其特征在于，所述氢气烧结炉将混合均匀的粉末烧结成合金。
6.根据权利要求1所述一种含钛铜基金刚石胎体复合材料制备的流水线设备，其特征在于，所述破碎筛分机由破碎机和筛网构成；先将烧结成的合金破碎成粉体，然后进行筛分；得到不同粒度范围的含钛铜基金刚石胎体粉体材料。
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