CN101121254A

CN101121254A - 一种金属结合剂金刚石工具及其制备方法

Info

Publication number: CN101121254A
Application number: CNA2006100375116A
Authority: CN
Inventors: 王双喜; 刘雪敬; 耿彪; 游锡斌
Original assignee: FOSHAN DITIANTAI STONE TOOLS Co Ltd
Current assignee: FOSHAN DITIANTAI STONE TOOLS Co Ltd
Priority date: 2006-09-06
Filing date: 2006-09-06
Publication date: 2008-02-13

Abstract

本发明公开了一种金属结合剂金刚石工具，它是以Al作为结合剂的基础成分，由金属结合剂与金刚石磨粒结合而构成，其特征在于，该金属结合剂是以Al作为结合剂的基础成分，所述金属结合剂包括如下成份(重量百分比)：Al：20～90％；Si：1～30％。本发明还提供了上述金属结合剂金刚石工具制造工艺。上述金刚石工具具有如下特点：1.磨削锋利，不堵塞，噪音小；2.修整的陶瓷砖四边平整、光滑，且尺寸保持性好，不易产生弯边；3.使用寿命长，是同等规格树脂金刚石磨具的3倍以上；4.生产成本低；5.烧结温度低，节省能源；6.生产周期短，制备方便。

Description

一种金属结合剂金刚石工具及其制备方法

技术领域：

本发明涉及金属结合剂金刚石工具及其制造方法，尤其是涉及适用于有关材料的修整和抛光的铝基金属结合剂金刚石工具。

技术背景：

树脂结合剂金刚石工具和金属结合剂金刚石工具一直用于玻璃、陶瓷等材料的表面或端面的磨削和/或研磨(以后统称“磨削”)。

树脂结合剂金刚石工具虽然磨削光滑性好，但在制备和使用过程中会对环境和操作人员造成危害。而且，耐磨性差，使用寿命短，易使磨削对象产生弯边造成废品，需对金刚石工具频繁调整，费时费力。另外，树脂结合剂金刚石工具虽然制备方便，但二次固化费时较长，使生产周期过长。

用于玻璃、陶瓷等脆性材料磨削用金属结合剂金刚石工具的金属结合剂已公开的有：Cu-Sn系，如【专利文献1】日本特开昭58-217271号公报、【专利文献2】日本特开平2-76680号公报、【专利文献3】日本特开2001-246566号公报；Fe-Cu-Sn系(如专利文献1)，Co-Cu-Sn系(如专利文献1及3)和Ni-Cu-Sn系(如【专利文献4】日本特开平10-230464号公报、【专利文献5】中国专利公开号CN1541808A)；对于Cu-Sn系金属结合剂，为提高金刚石工具的切割性能，结合剂中一般Sn成分较多，使Cu-Sn系结合剂金刚石工具的寿命较短；Fe-Cu-Sn系金属结合剂随Fe含量的增加，金刚石工具的寿命增长，但在进行湿式磨削后，金刚石工具的结合剂面生锈，在下次磨削开始后其转移至被磨削材料上，产生污浊；Co-Cu-Sn系金属结合剂不生锈，但随Co添加量的增加，成为硬结合剂，使切割性降低，另外Co含量的增加也使金刚石工具的成本大大增加。

对于Ni-Cu-Sn系金属结合剂，为使金刚石工具寿命延长，一般将Ni量设定得较高，但随Ni含量的增高，烧结温度较高。为得到高密度的烧结体，在烧结需施加高压，如使用加热不变形的石墨模具，模具在高温高压下氧化、磨耗显著，需频繁更新，而适合高压烧结且模具更换频率小的耐热合金或耐热钢材具有烧结温度上限，使结合剂中Ni的含量受到限制，影响工具的使用寿命。

专利文献5在含Ni量高于40％的Ni-Cu-Sn系金属结合剂中加入Ag使结合剂的烧结温度降低至650℃～850℃之间，可以采用耐热合金或耐热钢材模具进行烧结，制得了使用寿命长适用于玻璃、陶瓷等脆性材料磨削的砂轮，但Ni-Cu-Sn-Ag系金属结合剂成本很高。

发明内容：

本发明的目的在于为了克服现有树脂结合剂金刚石工具使用寿命短、制备和使用过程中对环境和操作人员造成危害的缺点，以及已公开的金属结合剂金刚石工具的缺点，而提供一种具有磨削锋利，磨削表面平整度和光滑性好，使用寿命长，烧结温度低，成本低，兼具环保性的Al系金属结合剂金刚石工具及其制造方法。

本发明是通过如下技术方案来达到上述目的的：本发明的新型金属结合剂金刚石工具是以Al作为结合剂的基础成分，由金属结合剂与金刚石磨粒结合而构成，所述金属结合剂包括如下成份(重量百分比)：

Al：20～90％ Si：1～30％

作为上述Al及Si的部分替换物，上述金属结合剂中还可添加(重量百分比)

Cu：0～40％ Ti：0～20％

Mg：10～20％ Zn：0～10％

Ni：0～20％ Co：0～20％。

的一种或几种组合。所述金属采用粉末纯金属、也可以是包含两个以上组分的合金。

作为上述Al及Si的部分替换物，上述金属结合剂中还可添加增强材料.如石墨、氧化铝等(重量百分比)0～6％。

另外，本发明提供了金属结合剂金刚石工具的制造方法，其用金属结合剂将金刚石磨粒结合，包括：

(a)按结合剂化学组成称取所需量的各组分，得到结合剂粉末混合物，将该结合剂粉末混合物与金刚石磨粒混合；

(b)使用模具，在200～660℃下对所述金属粉末和金刚石磨粒的混合物烧结。

在上述制造方法中，金刚石磨粒的粒度、型号、浓度根据加工对象的材质和加工要求选定。

采用上述配方及工艺的本发明优点在于：

本发明克服了树脂结合剂金刚石工具和已公开的金属结合剂金刚石工具的不利之处，本发明研制出Al系金属结合剂金刚石工具及其制造方法，采用了对金刚石磨粒结合性好并能够牢固把持的Al系金属结合剂，产品磨削锋利，使用寿命长，烧结温度低，成本低，有利于金刚石的防氧化保护和节约能源，有利于降低模具损耗。同时被磨削表面平整度和光滑性好。

本发明的金属结合剂组成中不含对环境和人身有害的元素，添加Si、Cu增加结合剂的导热性和强度，添加Mg、Zn、Ti、Ni、Co等增加结合剂的韧性及结合剂对金刚石的把持力，在生产和使用过程中不会对环境和操作人员造成危害，克服了树脂基金刚石磨具在生产和使用过程中不利于操作人员的身体健康及环境保护的缺点，属于环保产品。

具体实施例：

实施例1：

结合剂组成：Al：30％ Cu：30％ Si：1％

Ti：10％ Ni：14％

其余材料5％

金刚石：粒度140/170，浓度60％

按照上述结合剂成分和金刚石磨具规格分别称量相应的粉末，加入要求浓度量的金刚石，加入适量石蜡后，在混料机上充分混合24小时，备用。

将混合均匀的粉料和铝合金基体装入模具，放入气氛保护的烧结炉中热压烧结，烧结温度为650℃，保温30分钟，压力为150吨：

烧结完成后，脱模，即得到整体式铝基金刚石磨具。

实施例2：

结合剂组成：Al75％ Cu：10％ Si：4％

Ti：9％ Co：2％

金刚石：粒度120/140，浓度：45％

将混合均匀的粉料装入模具，放入气氛保护的烧结炉中热压烧结，烧结温度为600℃，保温30分钟，压力为150吨：

烧结完成后，脱模，将刀头焊接到铝合金基体上，即得到节块式铝基金刚石磨具。

实施例3：

结合剂组成：Al50％ Cu：24％ Si：10％

Ti：3％ Mg：10％ C：3％

金刚石：粒度120/140，浓度：65％

将混合均匀的粉料装入模具，放入气氛保护的烧结炉中热压烧结，烧结温度为450℃，保温30分钟，压力为120吨：

实施例4：

结合剂组成：Al 68％ Si：20％

Zn：8％ Ti：1％

Al₂O₃：5％(增强材料)

金刚石：粒度120/140，浓度：45％

将混合均匀的粉料和铝合金基体装入模具，放入气氛保护的烧结炉中热压烧结，烧结温度为300℃，保温10分钟，压力为100吨：

烧结完成后，脱模，即得到整体式铝基金刚石磨具。

实施例5：

结合剂组成：Al-22Cu：74％ Si：10％

Ti：3％ Mg：10％ C：3％

金刚石：粒度120/140，浓度：65％

首先制备含22％Cu的Al-Cu合金粉，按照上述结合剂成分和金刚石磨具规格分别称量相应的粉末，加入要求浓度量的金刚石，加入适量石蜡后，在混料机上充分混合24小时，备用。

将混合均匀的粉料装入模具，放入气氛保护的烧结炉中热压烧结，烧结温度为430℃，保温20分钟，压力为120吨：

采用了本发明配方范围的Al系金刚石磨具，经实验与现有技术及低含量的Al基金刚石磨具相比具有显著的性能优势，这也是现有的Al基金刚石磨具无法推广应用的主要原因。

Claims

1.一种金属结合剂金刚石工具，以Al作为结合剂的基础成分，由金属结合剂与金刚石磨粒结合而构成，其特征在于，该金属结合剂是以Al作为结合剂的基础成分，所述金属结合剂包括如下成份(重量百分比)：

Al：20～90％ Si：1～30％。

2.根据权利要求1所述金属结合剂金刚石工具，其特征在于，作为上述Al及Si的部分替换物，上述金属结合剂中还添加有下述成份的一种或几种组合(重量百分比)

Cu：0～40％ Ti：0～20％

Mg：10～20％ Zn：0～10％

Ni：0～20％ Co：0～20％。

3.根据权利要求2所述金属结合剂金刚石工具，其特征在于，所述金属是采用纯金属粉末或包含两个以上组分的合金。

4.根据权利要求1所述金属结合剂金刚石工具，其特征在于，作为上述Al及Si的部分替换物，上述金属结合剂中还添加有增强材料0～6％(重量百分比)。

5.一种制造权利要求1-4任一项所述的新型金属结合剂金刚石工具的方法，其特征在于，它是用金属结合剂将金刚石磨粒在低于660℃结合，包括如下工艺步骤：

(a)按所述的金属结合剂化学组成称取所需量的各组分粉末，得到结合剂粉末混合物，将该结合剂粉末混合物与金刚石磨粒混合；

(b)使用模具，在200～660℃下对所述金属粉末和金刚石磨粒的混合物烧结即可。

6.如权利要求5所述制造方法，其特征在于，所述的金属结合剂金刚石工具的制造方法为先烧结刀头，再焊接到基体上，或者将粉末与基体冷压后整体烧结，或者将粉末与基体直接热压成型。