CN113414716B - 一种耐磨金刚石磨轮及其制备方法 - Google Patents

一种耐磨金刚石磨轮及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐磨金刚石磨轮，具体涉及金刚石磨轮技术领域，金刚石磨轮包括有基体和刀头，所述刀头包括以下重量份的原料：铜、铁、改性金刚石、镍、铬、钒、稀土元素和复合结合剂，所述复合结合剂包括有钴粉、钼粉、钨粉和聚四氟乙烯微粉。本发明氢化钛更好的附在金刚石微粒表面，附着有钛的金刚石磨粒的固结力提高，减少磨粒使用过程中的脱落，在金刚石刀头中添加镍、铬、钒和稀土元素，钒和稀土元素能够细化刀头内部的晶粒，增加金刚石刀头的强度和耐磨性能，而稀土元素能够进一步促进胎体合金化，增加金刚石刀头的硬度和抗变强度。

Description

一种耐磨金刚石磨轮及其制备方法
技术领域
本发明涉及金刚石磨轮技术领域，更具体地说，本发明涉及一种耐磨金刚石磨轮及其制备方法。
背景技术
金刚石是目前世界上已知的硬度最高的材料之一，其具有的硬度高、耐磨性好、导热率高等特点，是普通磨料无法比拟的。金刚石微粉是研磨抛光石材、陶瓷、宝石、光学玻璃等高硬度非金属材料的理想原料。同时金刚石微粉可以人工合成，解决了对环境的污染问题，符合国家在制造业中推行的节能、环保发展战略。而金刚石磨轮是由金刚石金刚石刀头焊接或者冷压在金属基体上而成，金刚石刀头是通过人造工业金刚石和其它的金属粉末经冷压和热压烧结而成，然后焊接在碗形状的金属基体上。金刚石磨轮通常被装在混凝土打磨机上来打磨混凝土、石材或其他材料墙面/地面等。
金刚石磨轮使用过程利用金刚石刀头对工件进行打磨时结合强度差、磨粒容易掉落，使得金刚石刀头的耐磨性能不足，金刚石磨轮的使用寿命较低。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种耐磨金刚石磨轮及其制备方法，本发明所要解决的问题是：如何提高金刚石刀头的耐磨性能，提高金刚石磨轮的使用寿命。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种耐磨金刚石磨轮，所述金刚石磨轮包括有基体和刀头，所述刀头包括以下重量份的原料：铜25-32份、铁30-36份、改性金刚石15-24份、镍2-8份、铬5-10份、钒1-5份、稀土元素0.5-2份和复合结合剂1-3份。
在一个优选的实施方式中，所述刀头包括以下重量份的原料：铜28-30份、铁32-34份、改性金刚石18-22份、镍4-6份、铬7-9份、钒2-4份、稀土元素1-1.5份和复合结合剂1.5-2.5份。
在一个优选的实施方式中，所述刀头包括以下重量份的原料：铜30份、铁32份、改性金刚石20份、镍5份、铬8份、钒2份、稀土元素1份和复合结合剂2份。
在一个优选的实施方式中，所述稀土元素为铈或氧化铈，所述复合结合剂包括有钴粉、钼粉、钨粉和聚四氟乙烯微粉，且所述钴粉、钼粉、钨粉和聚四氟乙烯微粉的重量比为1：(0.2-0.6)：(0.1-0.5)：(0.8-1.2)。
在一个优选的实施方式中，所述改性金刚石的粒度为120-180目，所述复合结合剂的粒度为45-55um。
本发明还提供一种耐磨金刚石磨轮的制备方法，具体制备步骤如下：
步骤一：改性金刚石的制备，将称取的金刚石微粒表面进行除油、粗化处理，然后将处理后的金刚石微粒放入到陶瓷坩埚中，并向陶瓷坩埚中加入氢化钛粉末，将陶瓷坩埚固定放置在微波腔体中，利用搅拌设备对金刚石微粒和氢化钛粉末进行搅拌，搅拌过程中利用包含质子的γ射线对微波腔体内部进行处理，同时将微波腔体内部抽真空至真空度为0.1-2Pa，然后通入2500-3000ml/min保护性气体，持续10-12min，通入保护性气体时将温度加热到600-780℃条件下保温1-2h得到烧结混粉，将烧结混粉随炉冷却，冷却后研磨过筛，利用酒精清洗干燥后得到改性金刚石；
步骤二：复合结合剂的制备，按照复合结合剂的原料配比称取原料，并将称取的原料搅拌混合均匀后投入到中频感应炉中进行熔炼，利用中频感应炉将各原料熔炼成合金液，将合金液采用常规高压水雾化法制备成45-55μm的复合结合剂粉末；
步骤三：刀头的制备，将步骤一中得到的改性金刚石放入容器中，向容器中加入甲酚，利用甲酚将改性金刚石润湿，然后将称取的铜、铁、镍、铬钒、稀土元素和复合结合剂依次投入到容器中，将容器中各原料搅拌混合均匀，对混合均匀的物料缓慢投入组装好的模具内刮平、压制后卸模，得到金刚石磨轮坯体，将金刚石磨轮坯体放入高温烧结炉中进行烧结处理，烧结出炉后经过磨削、修整得到金刚石刀头；
步骤四：机体和刀头的结合，将步骤三中得到的金刚石刀头放在基体上相应位置上，金刚石刀头与基体之间放置银基钎料片调整好焊接位置加热融化银基钎料片，使金刚石刀头和磨切基体结合在一起形成金刚石磨轮。
在一个优选的实施方式中，所述步骤一中对金刚石微粒除油过程为将金刚石微粒放入浓度为10wt％NaOH溶液中磁力搅拌下煮沸25min，然后将金刚石取出用蒸馏水冲洗2-3次，粗化处理过程为将除油后的金刚石微粒放入浓度为30wt％硝酸溶液磁力搅拌下煮沸25min，然后将金刚石取出用蒸馏水冲洗2-3次，所述步骤一中利用γ射线对微波腔体处理室时γ射线为离地高度为15-25Km的太空辐射环境中的辐射射线。
在一个优选的实施方式中，所述步骤二中中频感应炉中熔炼时温度为1200-1350℃。
在一个优选的实施方式中，所述步骤三中高温烧结时先加热到300-350℃保温20-30min，然后升温至400-450℃保温10-18min。
在一个优选的实施方式中，所述步骤四中钎焊时钎焊温度800-825℃，钎焊时间12-18s。
本发明的技术效果和优点：
1、采用本发明的原料配方所制备出的耐磨金刚石磨轮，采用改性金刚石作为原料，改性金刚石经过除油、粗化处理后与氢化钛混合，然后在真空加热条件下氢化钛能够附在金刚石微粒表面，金刚石微粒与氢化钛结合时利用γ射线进行辐射处理，γ射线使得被处理的金刚石内部缺陷/色心分布更均匀，而且γ射线具有较好的穿透力，使得金刚石内部形成较多的分布均匀的缺陷和色心，能够使得氢化钛更好的附在金刚石微粒表面，附着有钛的金刚石磨粒的固结力提高，减少磨粒使用过程中的脱落，在金刚石刀头中添加镍、铬、钒和稀土元素，钒和稀土元素能够细化刀头内部的晶粒，增加金刚石刀头的强度和耐磨性能，而稀土元素能够进一步促进胎体合金化，增加金刚石刀头的硬度和抗变强度；
2、本发明复合结合剂通过钴粉、钼粉、钨粉和聚四氟乙烯微粉，钴粉能够作为金刚石的主粘结剂提高刀头的使用寿命，钨粉与钼、钒、铬和镍同时使用能够显著提高金刚石刀头的耐磨性和切削性，聚四氟乙烯微粉能够降低金刚石的摩擦系数，从而提高金刚石刀头的耐磨损性能。
具体实施方式
下面将结合本发明中的实施例，对本发明实施例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：
本发明提供了一种耐磨金刚石磨轮，所述金刚石磨轮包括有基体和刀头，所述刀头包括以下重量份的原料：铜28份、铁30份、改性金刚石20份、镍7份、铬8份、钒3份、稀土元素1.5份和复合结合剂2.5份。
在一个优选的实施方式中，所述稀土元素为铈或氧化铈，所述复合结合剂包括有钴粉、钼粉、钨粉和聚四氟乙烯微粉，且所述钴粉、钼粉、钨粉和聚四氟乙烯微粉的重量比为1：0.4：0.5：1。
在一个优选的实施方式中，所述改性金刚石的粒度为120-180目，所述复合结合剂的粒度为45-55um。
本发明还提供一种耐磨金刚石磨轮的制备方法，具体制备步骤如下：
步骤一：改性金刚石的制备，将称取的金刚石微粒表面进行除油、粗化处理，然后将处理后的金刚石微粒放入到陶瓷坩埚中，并向陶瓷坩埚中加入氢化钛粉末，将陶瓷坩埚固定放置在微波腔体中，利用搅拌设备对金刚石微粒和氢化钛粉末进行搅拌，搅拌过程中利用包含质子的γ射线对微波腔体内部进行处理，同时将微波腔体内部抽真空至真空度为1.5Pa，然后通入2800ml/min保护性气体，持续12min，通入保护性气体时将温度加热到700℃条件下保温1.5h得到烧结混粉，将烧结混粉随炉冷却，冷却后研磨过筛，利用酒精清洗干燥后得到改性金刚石；
步骤二：复合结合剂的制备，按照复合结合剂的原料配比称取原料，并将称取的原料搅拌混合均匀后投入到中频感应炉中进行熔炼，利用中频感应炉将各原料熔炼成合金液，将合金液采用常规高压水雾化法制备成45-55μm的复合结合剂粉末；
步骤三：刀头的制备，将步骤一中得到的改性金刚石放入容器中，向容器中加入甲酚，利用甲酚将改性金刚石润湿，然后将称取的铜、铁、镍、铬钒、稀土元素和复合结合剂依次投入到容器中，将容器中各原料搅拌混合均匀，对混合均匀的物料缓慢投入组装好的模具内刮平、压制后卸模，得到金刚石磨轮坯体，将金刚石磨轮坯体放入高温烧结炉中进行烧结处理，烧结出炉后经过磨削、修整得到金刚石刀头；
步骤四：机体和刀头的结合，将步骤三中得到的金刚石刀头放在基体上相应位置上，金刚石刀头与基体之间放置银基钎料片调整好焊接位置加热融化银基钎料片，使金刚石刀头和磨切基体结合在一起形成金刚石磨轮。
在一个优选的实施方式中，所述步骤一中对金刚石微粒除油过程为将金刚石微粒放入浓度为10wt％NaOH溶液中磁力搅拌下煮沸25min，然后将金刚石取出用蒸馏水冲洗3次，粗化处理过程为将除油后的金刚石微粒放入浓度为30wt％硝酸溶液磁力搅拌下煮沸25min，然后将金刚石取出用蒸馏水冲洗3次，所述步骤一中利用γ射线对微波腔体处理室时γ射线为离地高度为20Km的太空辐射环境中的辐射射线。
在一个优选的实施方式中，所述步骤二中中频感应炉中熔炼时温度为1300℃。
在一个优选的实施方式中，所述步骤三中高温烧结时先加热到330℃保温25min，然后升温至430℃保温14min。
在一个优选的实施方式中，所述步骤四中钎焊时钎焊温度820℃，钎焊时间15s。
实施例2：
与实施例1不同的是，所述刀头包括以下重量份的原料：铜30份、铁32份、改性金刚石20份、镍5份、铬8份、钒2份、稀土元素1份和复合结合剂2份。
实施例3：
与实施例1-2均不同的是，所述刀头包括以下重量份的原料：铜30份、铁31份、改性金刚石22份、镍6份、铬6份、钒3份、稀土元素1份和复合结合剂1份。
实施例4：
一种耐磨金刚石磨轮，所述金刚石磨轮包括有基体和刀头，所述刀头包括以下重量份的原料：铜28份、铁30份、改性金刚石20份、镍7份、铬8份、钒3份、稀土元素1.5份和复合结合剂2.5份。
在一个优选的实施方式中，所述稀土元素为铈或氧化铈，所述复合结合剂包括有钴粉、钼粉、钨粉和聚四氟乙烯微粉，且所述钴粉、钼粉、钨粉和聚四氟乙烯微粉的重量比为1：0.3：0.3：0.8。
在一个优选的实施方式中，所述改性金刚石的粒度为120-180目，所述复合结合剂的粒度为45-55um。
本发明还提供一种耐磨金刚石磨轮的制备方法，具体制备步骤如下：
步骤一：改性金刚石的制备，将称取的金刚石微粒表面进行除油、粗化处理，然后将处理后的金刚石微粒放入到陶瓷坩埚中，并向陶瓷坩埚中加入氢化钛粉末，将陶瓷坩埚固定放置在微波腔体中，利用搅拌设备对金刚石微粒和氢化钛粉末进行搅拌，搅拌过程中利用包含质子的γ射线对微波腔体内部进行处理，同时将微波腔体内部抽真空至真空度为1.5Pa，然后通入2800ml/min保护性气体，持续12min，通入保护性气体时将温度加热到700℃条件下保温1.5h得到烧结混粉，将烧结混粉随炉冷却，冷却后研磨过筛，利用酒精清洗干燥后得到改性金刚石；
步骤二：复合结合剂的制备，按照复合结合剂的原料配比称取原料，并将称取的原料搅拌混合均匀后投入到中频感应炉中进行熔炼，利用中频感应炉将各原料熔炼成合金液，将合金液采用常规高压水雾化法制备成45-55μm的复合结合剂粉末；
步骤三：刀头的制备，将步骤一中得到的改性金刚石放入容器中，向容器中加入甲酚，利用甲酚将改性金刚石润湿，然后将称取的铜、铁、镍、铬钒、稀土元素和复合结合剂依次投入到容器中，将容器中各原料搅拌混合均匀，对混合均匀的物料缓慢投入组装好的模具内刮平、压制后卸模，得到金刚石磨轮坯体，将金刚石磨轮坯体放入高温烧结炉中进行烧结处理，烧结出炉后经过磨削、修整得到金刚石刀头；
步骤四：机体和刀头的结合，将步骤三中得到的金刚石刀头放在基体上相应位置上，金刚石刀头与基体之间放置银基钎料片调整好焊接位置加热融化银基钎料片，使金刚石刀头和磨切基体结合在一起形成金刚石磨轮。
在一个优选的实施方式中，所述步骤一中对金刚石微粒除油过程为将金刚石微粒放入浓度为10wt％NaOH溶液中磁力搅拌下煮沸25min，然后将金刚石取出用蒸馏水冲洗3次，粗化处理过程为将除油后的金刚石微粒放入浓度为30wt％硝酸溶液磁力搅拌下煮沸25min，然后将金刚石取出用蒸馏水冲洗3次，所述步骤一中利用γ射线对微波腔体处理室时γ射线为离地高度为20Km的太空辐射环境中的辐射射线。
在一个优选的实施方式中，所述步骤二中中频感应炉中熔炼时温度为1300℃。
在一个优选的实施方式中，所述步骤三中高温烧结时先加热到330℃保温25min，然后升温至430℃保温14min。
在一个优选的实施方式中，所述步骤四中钎焊时钎焊温度820℃，钎焊时间15s。
实施例5：
与实施例4不同的是，所述钴粉、钼粉、钨粉和聚四氟乙烯微粉的重量比为1：0.6：0.5：1.2。
分别取上述实施例1-5所制得的耐磨金刚石刀头分别作为实验组1、实验组2、实验组3、实验组4和实验组5，并选取市售的金刚石刀头作为对照组进行测试，分别对选取的金刚石刀头进行抗拉强度、屈服强度、磨耗率和磨粒脱落率进行测试。测试结果如表一：
表一
由表一可知，本发明生产的耐磨金刚石磨轮相比较传统的金刚石磨轮耐磨性、抗拉强度和屈服强度较好，而工作相同时间内本发明生产的金刚石磨轮刀头上磨粒的脱落率明显降低，能够有效提高金刚石磨轮的使用寿命，所以本发明采用改性金刚石作为原料，改性金刚石经过除油、粗化处理后与氢化钛混合，然后在真空加热条件下氢化钛能够附在金刚石微粒表面，金刚石微粒与氢化钛结合时利用γ射线进行辐射处理，γ射线使得被处理的金刚石内部缺陷/色心分布更均匀，而且γ射线具有较好的穿透力，使得金刚石内部形成较多的分布均匀的缺陷和色心，能够使得氢化钛更好的附在金刚石微粒表面，附着有钛的金刚石磨粒的固结力提高，减少磨粒使用过程中的脱落，在金刚石刀头中添加镍、铬、钒和稀土元素，钒和稀土元素能够细化刀头内部的晶粒，增加金刚石刀头的强度和耐磨性能，而稀土元素能够进一步促进胎体合金化，增加金刚石刀头的硬度和抗变强度。
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种耐磨金刚石磨轮，所述金刚石磨轮包括有基体和刀头，其特征在于：所述刀头包括以下重量份的原料：铜25-32份、铁30-36份、改性金刚石15-24份、镍2-8份、铬5-10份、钒1-5份、稀土元素0.5-2份和复合结合剂1-3份；
所述耐磨金刚石磨轮的制备方法，具体制备步骤如下：
步骤一：改性金刚石的制备，将称取的金刚石微粒表面进行除油、粗化处理，然后将处理后的金刚石微粒放入到陶瓷坩埚中，并向陶瓷坩埚中加入氢化钛粉末，将陶瓷坩埚固定放置在微波腔体中，利用搅拌设备对金刚石微粒和氢化钛粉末进行搅拌，搅拌过程中利用包含质子的γ射线对微波腔体内部进行处理，同时将微波腔体内部抽真空至真空度为0.1-2Pa，然后通入2500-3000ml/min保护性气体，持续10-12min，通入保护性气体时将温度加热到600-780℃条件下保温1-2h得到烧结混粉，将烧结混粉随炉冷却，冷却后研磨过筛，利用酒精清洗干燥后得到改性金刚石；
步骤二：复合结合剂的制备，按照复合结合剂的原料配比称取原料，并将称取的原料搅拌混合均匀后投入到中频感应炉中进行熔炼，利用中频感应炉将各原料熔炼成合金液，将合金液采用常规高压水雾化法制备成45-55μm的复合结合剂粉末；
步骤三：刀头的制备，将步骤一中得到的改性金刚石放入容器中，向容器中加入甲酚，利用甲酚将改性金刚石润湿，然后将称取的铜、铁、镍、铬钒、稀土元素和复合结合剂依次投入到容器中，将容器中各原料搅拌混合均匀，对混合均匀的物料缓慢投入组装好的模具内刮平、压制后卸模，得到金刚石磨轮坯体，将金刚石磨轮坯体放入高温烧结炉中进行烧结处理，烧结出炉后经过磨削、修整得到金刚石刀头；
步骤四：机体和刀头的结合，将步骤三中得到的金刚石刀头放在基体上相应位置上，金刚石刀头与基体之间放置银基钎料片调整好焊接位置加热融化银基钎料片，使金刚石刀头和磨切基体结合在一起形成金刚石磨轮。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨金刚石磨轮，其特征在于：所述刀头包括以下重量份的原料：铜28-30份、铁32-34份、改性金刚石18-22份、镍4-6份、铬7-9份、钒2-4份、稀土元素1-1.5份和复合结合剂1.5-2.5份。
3.根据权利要求1所述的一种耐磨金刚石磨轮，其特征在于：所述刀头包括以下重量份的原料：铜30份、铁32份、改性金刚石20份、镍5份、铬8份、钒2份、稀土元素1份和复合结合剂2份。
4.根据权利要求1所述的一种耐磨金刚石磨轮，其特征在于：所述稀土元素为铈或氧化铈，所述复合结合剂包括有钴粉、钼粉、钨粉和聚四氟乙烯微粉，且所述钴粉、钼粉、钨粉和聚四氟乙烯微粉的重量比为1：（0.2-0.6）：（0.1-0.5）：（0.8-1.2）。
5.根据权利要求1所述的一种耐磨金刚石磨轮，其特征在于：所述改性金刚石的粒度为120-180目，所述复合结合剂的粒度为45-55um。
6.根据权利要求1所述的一种耐磨金刚石磨轮，其特征在于：所述步骤一中对金刚石微粒除油过程为将金刚石微粒放入浓度为10wt%NaOH溶液中磁力搅拌下煮沸25min，然后将金刚石取出用蒸馏水冲洗2-3次，粗化处理过程为将除油后的金刚石微粒放入浓度为30wt%硝酸溶液磁力搅拌下煮沸25min，然后将金刚石取出用蒸馏水冲洗2-3次，所述步骤一中利用γ射线对微波腔体处理室时γ射线为离地高度为15-25Km的太空辐射环境中的辐射射线。
7.根据权利要求1所述的一种耐磨金刚石磨轮，其特征在于：所述步骤二中中频感应炉中熔炼时温度为1200-1350℃。
8.根据权利要求1所述的一种耐磨金刚石磨轮，其特征在于：所述步骤三中高温烧结时先加热到300-350℃保温20-30min，然后升温至400-450℃保温10-18min。
9.根据权利要求1所述的一种耐磨金刚石磨轮，其特征在于：所述步骤四中钎焊时钎焊温度800-825℃，钎焊时间12-18s。
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