CN104646418B - 一种使金刚石在金属复合体中的有序排布方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使金刚石在金属中有序排布的方法，首先在轧辊表面预制有序排列的孔坑，在轧制过程中塑性变形的金属在孔坑相对应部位形成留凸区，该留凸区内金属塑性变形量相对较少，硬度偏低，金刚石颗粒容易压入，留凸区的金属厚度大于其它区域，提供了对金刚石颗粒的容留；在轧制过程中，与被轧制金属一同沿轧制方向流动的金刚石颗粒滞留在形成的留凸区，形成金刚石按设计排布方式在金属‑金刚石复合体中的有序排布。本发明操作简单，是在轧制过程中使金刚石在金属中形成有序排布，适合于机械化及自动化生产，节约了生产时间，降低了生产成本。

Description

一种使金刚石在金属复合体中的有序排布方法
技术领域 本发明属于金刚石工具制造领域，特别涉及一种使金刚石在金属中有序排布的方法。
背景技术 近年来，在金刚石(cBN)工具企业中，陆续推出单层金刚石或立方氮化硼有序排列的磨削工具。由于颗粒之间的间距属于有序排列、人为均布，这就意味着颗粒之间用来排削并输送冷却液的空间大小因需而设定，因而在加工过程中不易造成颗粒之间的空间被金属堵塞，从而防止因颗粒与颗粒间空隙堵塞而引起“烧伤”工件的情况，并由此提高了磨削能力和刀具的使用寿命。此外，有序排列的颗粒分布还保证了加工过程安全性的提高。然而，想要按一定方式使超硬磨料(金刚石或立方氮化硼)在工作层中有序排列是及其费时的，同时在压制过程中由于金属粉末的流动带动磨料颗粒位移，甚至出现“挤堆”现象。目前，已经采取多种技术来实现金属中磨料的有序排布，例如：(1)中国砂轮公司采用模板法(见USA Patent 6039641)；(2)瑞士ETH机床与加工研究所采用点胶法(见EPl208345A1)。(3)韩国新韩公司采用半导体制造工艺中所使用的吸附焊锡球夹具，按各层编成的模式程序，吸附金刚石颗料，投入到刀头各层中(见韩国专利10-2005-0006361)。国内还有多项类似的专利技术，如安泰科技股份有限公司，南京航空航天大学，杭州博大金刚石有限公司，江苏锋泰钻石工具制造有限公司，中南大学，湖南飞越新材料科技有限责任公司，博深工具股份有限公司，等等。主要方法与上述文献的基本类似，是模板法、点胶法及吸附法的改造。
上述方法解决了金刚石在烧结体中的有序排布问题，但所有方法存在的共同缺点是操作繁琐，工艺复杂，或设备复杂。制造过程中不利于自动化，使劳动成本增加，影响工作环境。
在“金属与金刚石复合体的制造方法，王明智等，200910073746.4”发明专利中，通过轧制方法制备了金刚石-金属复合体。步骤如下：
⑴取金属(紫铜或08F钢)管一段，壁厚1mm，管内径6mm(或取金属(紫铜、Cu合金或08F钢)板上下2块，厚度1.2mm，宽10mm，)；⑵在压力机上一定程度压扁(金属管)；⑶管内壁(或金属板表面)经碱洗、酸洗及丙酮浸泡去油、锈及附着物，烘干备用；⑷将选择的金刚石按计算量及起钎焊作用的金属粉末填入管中(或置于板之间)，(钎焊作用的金属粉末所占体积为复合体的8％，成分为20％Sn+80％Cu(Wt.)。计算量为预计轧制后复合体中金刚石所占体积为40％；⑸摇匀后将一端压合并置于二棍轧机的棍缝处，以≤2m/min的速度轧制；⑹每道次后用卡尺测量厚度；⑺三道次后轧制得到0.4mm的复合体，表面未见露出的金刚石。⑻然后将所得复合体置于760℃马弗炉中烧结15min。通过轧制方法成功制备出金刚石-金属复合体，使制造成本降低，机械化、自动化程度提高，但所制备的复合体中金刚石是无序排布的。
发明内容 本发明的目的在于提供一种操作简单、成本低廉、适合于机械化及自动化生产的使金刚石在金属复合体中的有序排布方法。本发明主要是在轧辊表面预制有序排列的孔坑，轧制过程中塑性变形的金属在孔坑相对应部位形成留凸区，由于轧辊表面孔坑的限位效果，留凸区金属相对于其它部位变形量小，冷作硬化形成的硬度低，使裹夹于金属复合体中的金刚石遇到留凸区时滞留，进而形成按轧辊表面预制的孔坑的排列方式的金刚石颗粒的有序排列。
本发明的方法如下：
1、将金属板去除锈、油及其它附着物，在两块金属板之间放置金刚石颗粒及起钎焊作用的金属粉末结合剂，并使其分布均匀；将上述两块金属板周边进行钎焊，制成预制体备用。
2、在轧辊表面预制有序排列的孔坑，在轧制过程中塑性变形的金属在孔坑相对应部位形成留凸区，该留凸区内金属塑性变形量相对较少，硬度偏低，金刚石颗粒容易压入，留凸区的金属厚度大于其它区域，提供了对金刚石颗粒的容留；将上述预制体置于轧机上进行复合轧制，金刚石颗粒会与被轧制金属一同沿轧制方向流动，当金刚石颗粒遇到轧辊表面孔坑形成的留凸区的时候，颗粒会滞留，形成金刚石按设计排布方式在金属-金刚石复合体中进行有序的排布。
所述轧辊表面可以是上轧辊表面，也可以是下轧辊表面；
所述轧辊表面预制有序排列的孔坑可以是根据需要的任意方式排列或是数个孔坑集群排列；其形状可以是圆锥形、圆球形、椭圆锥形、椭圆球形，或者是方锥形、长方锥形或菱锥形，或者是可以想到的任意对称或非对称形状；
所述孔坑的直径与深度按所用金刚石颗粒尺寸确定：孔坑直径比金刚石颗粒平均尺寸大100-400％；孔坑深度比金刚石颗粒平均直径大50-100％；
所述被轧制金属是铜、铜合金或低碳钢；
所述金刚石颗粒可以是单颗粒或多颗粒；可以是单晶体或多晶体。轧制线速度一般控制在≤2米/分钟。
本发明与现有技术相比具有如下优点：操作简单，是在轧制过程中使金刚石在金属中形成有序排布，适合于机械化及自动化生产，节约了生产时间，降低生产成本。
附图说明
图1是本发明轧制过程金属的塑性变形-形成留凸区-金刚石颗粒在留凸区滞留的过程示意简图。
图2是本发明实施例1金刚石有序排布的分布情况示意图。
图3是本发明实施例1轧辊表面的有序孔坑示意图。
图4是本发明实施例2轧辊表面的有序孔坑示意图。
图5是本发明实施例3轧辊表面的有序椭圆孔坑示意图。
图6是本发明实施例4轧辊表面的有序菱形孔坑示意图。
具体实施方式
实施例1:
如图1所示，首先根据选用的金刚石单晶颗粒250-300μm，在上轧辊表面1用钻头按设计的排列方式加工孔坑(如图3所示)，直径与深度按所用金刚石颗粒尺寸计算确定：D＝0.3×(1-4)＝1.2mm，H＝0.3×(1-2)＝0.6mm。
将金属铜板去除锈、油及其它附着物，在两块金属铜板之间放置金刚石颗粒及起钎焊作用的金属粉末结合剂，并使其分布均匀；将上述两块金属板周边进行钎焊，制成预制体备用。
将上述预制体放在小型轧机上轧制，金刚石5与被轧制金属(铜)3一同沿轧制方向流动，在轧辊表面孔坑作用下，金刚石颗粒滞留在形成的留凸区4，形成了按照轧辊表面预制的有序排列的孔坑排列方式，实现了金刚石颗粒的有序排列。
实施例2
首先根据选用的金刚石单晶颗粒250-300μm，在上轧辊表面用錾头按设计的颗粒集群的排列方式加工孔坑(如图4所示)，直径与深度按所用金刚石颗粒尺寸计算确定：D＝0.3×(1-4)＝1.2mm，H＝0.3×(1-2)＝0.6mm。
将08F钢板去除锈、油及其它附着物，在两块08F钢板之间放置金刚石颗粒及起钎焊作用的金属粉末结合剂，并使其分布均匀；将上述两块金属板周边进行钎焊，制成预制体备用。
将上述预制体放在小型轧机上轧制，金刚石与被轧制金属(08F钢)一同沿轧制方向流动，在轧辊表面孔坑作用下，金刚石颗粒滞留在形成的留凸区，形成了按照轧辊表面预制的有序排列的孔坑排列方式，实现了金刚石颗粒的有序排列。
实施例3
首先根据选用的金刚石单晶颗粒250-300μm，在下轧辊表面用錾头按设计的颗粒排列方式加工孔坑(如图5所示)，直径与深度按所用金刚石颗粒尺寸计算确定：D＝0.3×(1-4)＝1.2mm，H＝0.3×(1-2)＝0.6mm。
将锡青铜4-4-2.5板去除锈、油及其它附着物，在两块锡青铜4-4-2.5板之间放置金刚石颗粒及起钎焊作用的金属粉末结合剂，并使其分布均匀；将上述两块金属板周边进行钎焊，制成预制体备用。
将上述预制体放在小型轧机上轧制，金刚石与被轧制金属(锡青铜4-4-2.5)一同沿轧制方向流动，在孔坑作用下，金刚石颗粒滞留在形成的留凸区，形成了按照轧辊表面预制的有序排列的孔坑排列方式，实现了金刚石颗粒的有序排列。
实施例4
首先根据选用的金刚石单晶多颗粒120-150μm，在下轧辊表面用激光按设计的颗粒集群的排列方式加工孔坑(如图6所示)，考虑到颗粒细小，采用一坑多粒方式(5-10粒)，计算直径与深度，确定：D＝0.15×(1-4)×4＝2.0mm，H＝1.0mm。
将08F钢板去除锈、油及其它附着物，在两块08F钢板之间放置金刚石颗粒及起钎焊作用的金属粉末结合剂，并使其分布均匀；将上述两块金属板周边进行钎焊，制成预制体备用。
将上述预制体放在小型轧机上轧制，金刚石与被轧制金属(08F钢)一同沿轧制方向流动，在孔坑作用下，金刚石颗粒滞留在形成的留凸区，形成了按照轧辊表面预制的有序排列的孔坑排列方式，实现了金刚石颗粒的有序排列。
实施例5
首先根据选用的金刚石多晶体颗粒480-520μm，在下轧辊表面用钻头按设计的颗粒集群的排列方式加工孔坑，计算直径与深度，确定：D＝0.15×(1-4)×4＝2.5mm，H＝1.5mm。
将08F钢板去除锈、油及其它附着物，在两块08F钢板之间放置金刚石颗粒及起钎焊作用的金属粉末结合剂，并使其分布均匀；将上述两块金属板周边进行钎焊，制成预制体备用。
将上述预制体放在小型轧机上轧制，金刚石与被轧制金属(08F钢)一同沿轧制方向流动，在孔坑作用下，金刚石颗粒滞留在形成的留凸区，形成了按照轧辊表面预制的有序排列的孔坑排列方式，实现了金刚石颗粒的有序排列。

Claims (6)

1.一种金刚石在金属-金刚石复合体中有序排布方法，首先将金属板去除锈、油及其它附着物，在两块金属板之间放置金刚石颗粒及起钎焊作用的金属粉末结合剂，并使其分布均匀；将上述两块金属板周边进行钎焊，制成预制体备用，其特征在于：
(1)在轧辊表面预制有序排列的孔坑，轧制过程中被轧制的金属由于塑性变形在孔坑相对应部位形成留凸区；
(2)将上述预制体置于轧机上进行复合轧制，在轧制过程中与被轧制金属一同沿轧制方向流动的金刚石颗粒滞留在形成的留凸区，形成了按照轧辊表面预制的有序排列的孔坑排列方式的金刚石颗粒的有序排列。
2.根据权利要求1所述的一种金刚石在金属-金刚石复合体中有序排布方法，其特征在于：所述轧辊表面为上轧辊表面或下轧辊表面。
3.根据权利要求1所述的一种金刚石在金属-金刚石复合体中有序排布方法，其特征在于：所述轧辊表面预制有序排列的孔坑是根据需要的任意方式排列；所述孔坑的形状不限，为圆锥形、圆球形、椭圆锥形、椭圆球形、方锥形、长方锥形或菱锥形。
4.根据权利要求1所述的一种金刚石在金属-金刚石复合体中有序排布方法，其特征在于：所述孔坑的直径与深度按所用金刚石颗粒尺寸确定：孔坑直径比金刚石颗粒平均尺寸大100-400％；孔坑深度比金刚石颗粒平均粒径大50-100％。
5.根据权利要求1所述的一种金刚石在金属-金刚石复合体中有序排布方法，其特征在于：所述被轧制金属是铜、铜合金或低碳钢。
6.根据权利要求1所述的一种金刚石在金属-金刚石复合体中有序排布方法，其特征在于：所述金刚石颗粒是单晶体或多晶体。
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