CN110948409B - 一种金刚石金属结合剂制件及其整体成型制造方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种金刚石金属结合剂制件及其整体成型制造方法和应用，属于金刚石磨料技术领域。本发明提供的金刚石金属结合剂制件的整体成型制造方法，包括以下步骤：将金属基体件进行粗化处理，得到粗化金属基体件；采用硅烷偶联剂对金刚石‑金属粉末进行表面改性处理后造粒，得到表面改性金刚石金属颗粒；将所述粗化金属基体件和表面改性金刚石金属颗粒置于成型钢模中进行整体压制成型，脱模之后进行无压烧结，得到金刚石金属结合剂制件。本发明提供的金刚石金属结合剂制件性能优异，磨削效率明显优于传统工艺生产的制品。

Description

一种金刚石金属结合剂制件及其整体成型制造方法和应用
技术领域
本发明涉及金刚石磨料技术领域，尤其涉及一种金刚石金属结合剂制件及其整体成型制造方法和应用。
背景技术
金刚石磨料的传统生产工艺采用的是高温热压法，通常是采用石墨模具热压制备得到金刚石刀头后，再将金刚石刀头与金属基体件通过钎焊方式连接。但是，采用上述传统方式制备的金刚石磨料的磨削效率仍有待提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金刚石金属结合剂制件及其整体成型制造方法和应用，本发明提供的金刚石金属结合剂制件性能优异，磨削效率明显优于传统工艺生产的制品。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种金刚石金属结合剂制件的整体成型制造方法，包括以下步骤：
将金属基体件进行粗化处理，得到粗化金属基体件；
采用硅烷偶联剂对金刚石-金属粉末进行表面改性处理后造粒，得到表面改性金刚石金属颗粒；
将所述粗化金属基体件和表面改性金刚石金属颗粒置于成型钢模中进行整体压制成型，脱模之后进行无压烧结，得到金刚石金属结合剂制件。
优选地，所述金属基体件的材质包括A3钢或45#钢。
优选地，所述粗化处理采用的方法包括铣刨、倒刺、拉丝、喷砂、喷丸或刻蚀。
优选地，所述粗化金属基体件的粗糙度为1～10mm。
优选地，所述金刚石-金属粉末为金属粉末与金刚石的混合物，所述金属粉末与金刚石的质量比为(8.5～9.5)：1；所述金属粉末和金刚石的粒度独立地为10～800目。
优选地，所述硅烷偶联剂包括KH560、KH602或KH792，所述硅烷偶联剂的用量为金刚石-金属粉末质量的2～10％。
优选地，所述整体压制成型的压力为1～100kg/cm2。
优选地，所述无压烧结的温度为700～950℃，保温时间为1～6h。
本发明提供了上述技术方案所述整体成型制造方法制造得到的金刚石金属结合剂制件。
本发明提供了上述技术方案所述金刚石金属结合剂制件作为金刚石磨料的应用。
本发明提供了一种金刚石金属结合剂制件的整体成型制造方法，包括以下步骤：将金属基体件进行粗化处理，得到粗化金属基体件；采用硅烷偶联剂对金刚石-金属粉末进行表面改性处理后造粒，得到表面改性金刚石金属颗粒；将所述粗化金属基体件和表面改性金刚石金属颗粒置于成型钢模中进行整体压制成型，脱模之后进行无压烧结，得到金刚石金属结合剂制件。本发明将金属基体件进行粗化处理，能够增加机械把持力，使刀头保持固定，防止刀头在后续无压烧结过程中发生前移位；采用硅烷偶联剂对金刚石-金属粉末进行表面改性处理，有利于降低其表面自由能，之后造粒，有利于提高其流动性；采用成型钢模实现粗化金属基体件和表面改性金刚石金属颗粒的整体高致密成型，最后经无压烧结得到金刚石金属结合剂制件。采用本发明提供的方法所得制品的致密度较高，胎体抗压强度、胎体对金刚石的把持力均得到大幅提高，且金刚石金属结合剂制件的锋利性及寿命均有很大幅度的提升，磨削效率明显优于传统工艺生产的制品。
进一步地，本发明制造过程中不使用任何石墨材料，且成型钢模可反复多次使用，使用寿命可达成百上千次，中间省掉焊接工序，其制造成本、能源消耗不仅远低于传统金刚石工具制造方法，而且生产效率还远高于传统金刚石工具制造方法。
附图说明
图1为本发明中金刚石金属结合剂制件整体成型制造方法的示意图；
图2为实施例1～3中粗化金属基体件的示意图；
图3为实施例1～3中金刚石金属结合剂制件的示意图；
图4为实施例1～3中金刚石金属结合剂制件的实物图；
图1中，1-粗化金属基体件，2-表面改性金刚石金属颗粒，3-成型钢模，4-压机。
具体实施方式
本发明提供了一种金刚石金属结合剂制件的整体成型制造方法，包括以下步骤：
将金属基体件进行粗化处理，得到粗化金属基体件；
采用硅烷偶联剂对金刚石-金属粉末进行表面改性处理后造粒，得到表面改性金刚石金属颗粒；
将所述粗化金属基体件和表面改性金刚石金属颗粒置于成型钢模中进行整体压制成型，脱模之后进行无压烧结，得到金刚石金属结合剂制件。
本发明提供的金刚石金属结合剂制件的整体成型制造方法，通过成型钢模将粗化金属基体件与表面改性金刚石金属颗粒整体压制成型，再经无压烧结方法烧制而成，所得制品的致密度较高，胎体抗压强度、胎体对金刚石的把持力均得到大幅提高，且金刚石金属结合剂制件的锋利性及寿命均有很大幅度的提升，磨削效率明显优于传统工艺生产的制品。
传统方式制造的金刚石刀头需要用到大量的石墨模具(石墨模具的使用寿命一般就只有10次左右)、电能，存在着资源开采、高能耗和环境污染问题；在原材料不断上涨的今天，金刚石磨料的生产成本大大增加，且不适于当今环境友好型社会的发展需求。本发明制造过程中不使用任何石墨材料，且成型钢模可反复多次使用，使用寿命可达成百上千次，中间省掉焊接工序，其制造成本、能源消耗不仅远低于传统金刚石工具制造方法，而且生产效率还远高于传统金刚石工具制造方法。
在本发明中，所述金刚石金属结合剂制件作为金刚石磨料时，优选包括基底和设置于所述基底上的刀头，所述基底由粗化金属基体件形成，所述刀头由表面改性金刚石金属颗粒形成；所述刀头的个数可以为1个，也可以为多个，其形状由成型钢模的形状决定，包括圆形、长方形、正方形、箭头形、菱形、半球形、弧形、椭圆形及各种多边形，本发明对此不作特殊限定，根据实际需要选择即可。
本发明将金属基体件进行粗化处理，得到粗化金属基体件。本发明对所述金属基体件的材质没有特殊的限定，具体可以为A3钢或45#钢。在本发明中，所述金刚石金属结合剂制件作为金刚石磨料时，优选是对金属基体件需要设置刀头的区域进行粗化处理。本发明对所述粗化处理采用的方法没有特殊的限定，物理机械加工方法或化学方法均可，具体如铣刨、倒刺、拉丝、喷砂、喷丸或刻蚀。在本发明中，经粗化处理后，所得粗化金属基体件的粗糙度优选为1～10mm，具体的，所述粗化金属基体件的粗糙度(Ra)取决于金刚石金属结合剂制件的刀头尺寸：当刀头尺寸<40mm，对应粗化金属基体件的粗糙度为1mm≤Ra<5mm；当刀头尺寸为40～100mm，对应粗化金属基体件的粗糙度为5～10mm。本发明所述刀头尺寸具体是指经过刀头中心的最大尺寸，具体可以根据产品的图纸尺寸确定。本发明对金属基体件进行粗化处理，能够增加机械把持力，使刀头保持固定，防止刀头在后续无压烧结过程中发生前移位。
本发明采用硅烷偶联剂对金刚石-金属粉末进行表面改性处理后造粒，得到表面改性金刚石金属颗粒。在本发明中，所述金刚石-金属粉末优选为金属粉末与金刚石的混合物，所述金属粉末与金刚石的质量比优选为(8.5～9.5)：1，更优选为9：1；所述金刚石的粒度优选为10～800目；金属粉末优选为合金粉末，所述合金粉末的组成优选为铁32wt.％、铜15wt.％、镍5wt.％、锡5wt.％、钴15wt.％、锰3wt.％、硅2wt.％、铬8wt.％和碳化钨15wt.％；所述金属粉末的粒度优选为10～800目，进一步优选为50～200目，更优选为60～70目。在本发明中，所述硅烷偶联剂优选包括KH560、KH602或KH792，所述硅烷偶联剂的用量优选为金刚石-金属粉末质量的2～10％，更优选为4～6％。
本发明优选将硅烷偶联剂和金刚石-金属粉末置于混料机中，在室温、空气常压条件下混制50～70min，该混制过程即为表面改性处理过程；本发明对混制过程中搅拌速率没有特殊限定，能够实现各组分均匀混合即可。本发明利用硅烷偶联剂能够改变金刚石-金属粉末的粘结力和分散性，降低其表面自由能，防止金刚石-金属粉末团聚。
本发明对于所述造粒的方法以及所得颗粒的粒径没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的方法能够得到球状颗粒即可；本发明通过造粒改变表面改性处理后所得金刚石-金属粉末的形貌，增加其球形度，进而提高其流动性，有利于经后续整体压制成型获得致密度高的产品。
得到粗化金属基体件和表面改性金刚石金属颗粒后，本发明将所述粗化金属基体件和表面改性金刚石金属颗粒置于成型钢模中进行整体压制成型，脱模之后进行无压烧结，得到金刚石金属结合剂制件。
在本发明中，如图1所示，所述成型钢模3优选包括上模和与之匹配的下模，本发明优选将粗化金属基体件1置于成型钢模3的下模中，将表面改性金刚石金属颗粒2填充在所述成型钢模3的上模中，将盛放有粗化金属基体件的下模和盛放有表面改性金刚石金属颗粒的上模组装，再利用压机4压制组装后的成型钢模，实现成型钢模内粗化金属基体件和表面改性金刚石金属颗粒的整体压制成型。
在本发明中，所述刀头的形状具体是由成型钢模的上模的型腔形状决定，根据实际需要选择即可。本发明利用钢质模具，即成型钢模，实现粗化金属基体件和表面改性金刚石金属颗粒的整体高致密成型，与石墨模具相比，成型钢模的使用寿命可以达到成百上千次，能够显著降低生产成本。
在本发明中，所述整体压制成型的压力优选为1～100kg/cm2，更优选为70～100kg/cm2。
在本发明中，所述无压烧结优选包括真空烧结或气氛烧结，所述无压烧结的温度优选为700～950℃，更优选为800～900℃；保温时间优选为1～6h，更优选为2～4h；所述真空烧结的真空度优选＜0.01pa；为所述气氛烧结提供烧结气氛的气体优选包括氢气、氮气、甲烷、氩气或氦气。本发明利用无压烧结有利于获得致密度高、胎体对金刚石保持力好的产品；且可以大批量生产，提高生产效率。
本发明提供了上述技术方案所述整体成型制造方法制造得到的金刚石金属结合剂制件。在本发明中，所述金刚石金属结合剂制件优选包括基底和设置于所述基底上的刀头，所述基底由粗化金属基体件形成，所述刀头由表面改性金刚石金属颗粒形成。
本发明提供了上述技术方案所述金刚石金属结合剂制件作为金刚石磨料的应用。在本发明中，所述金刚石金属结合剂制件可以作为金刚石磨料使用，优选作为金刚石地坪磨料使用，磨削效率明显优于传统工艺生产的制品。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
将金属基体件(材质具体为45#钢)需要设置刀头的区域进行粗化处理(具体方法为倒刺)，得到粗化金属基体件，粗糙度为3mm；
将硅烷偶联剂KH560和金刚石-金属粉末置于混料机中，在室温、空气常压条件下混制1h进行表面改性处理，然后造粒，得到球状颗粒，即表面改性金刚石金属颗粒；其中，硅烷偶联剂KH560为金刚石-金属粉末质量的5％，金刚石-金属粉末为合金粉末与金刚石的混合物，所述合金粉末与金刚石的质量比为9：1；金刚石的粒度为10～800目；合金粉末的组成为铁32wt.％、铜15wt.％、镍5wt.％、锡5wt.％、钴15wt.％、锰3wt.％、硅2wt.％、铬8wt.％和碳化钨15wt.％，合金粉末的粒度为60～70目；
将所述粗化金属基体件置于成型钢模的下模中，将表面改性金刚石金属颗粒置于成型钢模的上模中，将盛放有粗化金属基体件的下模和盛放有表面改性金刚石金属颗粒的上模组装，利用压机压制组装后的成型钢模，实现成型钢模内粗化金属基体件和表面改性金刚石金属颗粒的整体压制成型(压力为100kg/cm2)，之后在900℃条件下真空烧结2h(真空度＜0.01pa)，获得金刚石金属结合剂制件，记为1#制品，其中，包括两个圆形刀头，刀头尺寸为Φ25*10mm。
实施例2
参照实施例1的方法制备金刚石金属结合剂制件，不同之处在于，金属基体件以及刀头的形状与实施例1不同；所得金刚石金属结合剂制件记为2#制品，其中，包括两个长方形刀头，刀头的长为40mm，宽为10mm，高为10mm。
实施例3
按照实施例1的方法制备金刚石金属结合剂制件，不同之处在于，金属基体件以及刀头的形状与实施例1不同；所得金刚石金属结合剂制件记为3#制品，其中，包括两个长方形刀头，刀头的长为40mm，宽为10mm，高为10mm。
图2为实施例1～3中粗化金属基体件的示意图，图3为实施例1～3中金刚石金属结合剂制件的示意图，图4为实施例1～3中金刚石金属结合剂制件的实物图；图2～4中，1#对应实施例1，2#对应实施例2，3#对应实施例3；图2和3中，每个实施例中粗化金属基体件和金刚石金属结合剂制件分别给出了主视图和俯视图。如图2所示，首先在金属基体件需要设置刀头的区域进行粗化处理，得到粗化金属基体件；如图3和图4所示，1#制品包括两个圆形刀头，2#制品和3#制品均包括两个长方形刀头。
对比例
对比例制品为传统工艺生产的金刚石金属结合剂制件市售商品，即采用石墨模具热压制备得到金刚石刀头后，再将金刚石刀头与金属基体件通过钎焊方式连接。
对实施例1～3和对比例中制品进行性能测试，具体如下：
胎体抗压强度测试标准：GB/T-228-2002；
致密度测试方法：阿基米德排水法；
磨削效率测试方法：在C30地坪上使用Blastrac厂家的735PRO磨机进行磨削测试。
测试结果见表1。
表1实施例1～3和对比例中制品的性能测试结果
项目 1#制品 2#制品 3#制品 对比例制品
胎体抗压强度(MPa) 763 817 735 564
致密度(％) 95.1 96.4 93.8 81.3
磨削效率(m<sup>2</sup>/8h) 305 394 362 170
由表1可知，与对比例中传统工艺生产的制品相比，采用本发明方法制备的制品致密度提升15～20％，胎体抗压强度提升30～45％，胎体抗压强度提升说明胎体对金刚石的把持力提高，会使制品的锋利性大幅提升，制品磨削地坪时，其磨削效率会显著提高。
同时，由表1可知，采用本发明方法制备的1#制品磨削效率比传统工艺生产的制品磨削效率提升79％，2#制品磨削效率比传统工艺生产的制品磨削效率提升132％，3#制品磨削效率比传统工艺生产的制品磨削效率提升113％。这说明本发明提供的金刚石金属结合剂制件的磨削效率明显优于传统工艺生产的制品。
此外，本发明制造过程中不使用任何石墨材料，且成型钢模可反复多次使用，使用寿命可达成百上千次，中间省掉焊接工序，其制造成本、能源消耗不仅远低于传统金刚石工具制造方法，而且生产效率还远高于传统金刚石工具制造方法。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种金刚石金属结合剂制件的整体成型制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
将金属基体件进行粗化处理，得到粗化金属基体件；所述粗化金属基体件的粗糙度为1～10mm；
采用硅烷偶联剂对金刚石-金属粉末进行表面改性处理后造粒，得到表面改性金刚石金属颗粒；所述金刚石-金属粉末为金属粉末与金刚石的混合物，所述金属粉末与金刚石的质量比为(8.5～9.5)：1；所述硅烷偶联剂的用量为金刚石-金属粉末质量的4～10％；
将所述粗化金属基体件和表面改性金刚石金属颗粒置于成型钢模中进行整体压制成型，脱模之后进行无压烧结，得到金刚石金属结合剂制件。
2.根据权利要求1所述的整体成型制造方法，其特征在于，所述金属基体件的材质包括A3钢或45#钢。
3.根据权利要求1所述的整体成型制造方法，其特征在于，所述粗化处理采用的方法包括铣刨、倒刺、拉丝、喷砂、喷丸或刻蚀。
4.根据权利要求1所述的整体成型制造方法，其特征在于，所述金属粉末和金刚石的粒度独立地为10～800目。
5.根据权利要求1所述的整体成型制造方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂包括KH560、KH602或KH792。
6.根据权利要求1、4或5所述的整体成型制造方法，其特征在于，所述整体压制成型的压力为1～100kg/cm2。
7.根据权利要求6所述的整体成型制造方法，其特征在于，所述无压烧结的温度为700～950℃，保温时间为1～6h。
8.权利要求1～7任一项所述整体成型制造方法制造得到的金刚石金属结合剂制件。
9.权利要求8所述金刚石金属结合剂制件作为金刚石磨料的应用。
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