CN107186633A - 一种高性能金属结合剂金刚石滚刀及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高性能金属结合剂金刚石滚刀，包括金刚石磨料和金属胎体；金刚石磨料表面包覆有TiC层，TiC层表面与金属胎体之间有(Ti，W，Mo)C层。上述金刚石滚刀的制备方法，包括以下步骤：a)备料：按质量百分比包括金刚石磨料3～6％，Mo粉5～10％，Sn粉5～10％，WC粉15～20％，Cu粉20～25％、铁族金属粉25～35％；b)粉末混合：按照上述组分及配比，制得粉末混合物；c)冷压成型：采用自动冷压设备，将上述粉末混合物压制成刀头冷坯，冷压尺寸可定制化设计；d)热压烧结：气氛保护条件下，先低压预烧，后高温加压致密化，最后缓慢冷却。其具有锋利度高、自锐性好、耐磨、使用寿命长、满足市场需求的优点。

Description

一种高性能金属结合剂金刚石滚刀及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种金刚石滚刀，特别涉及一种高性能金属结合剂金刚石滚刀及其制备方法。
背景技术
金属结合剂金刚石滚刀是建筑陶瓷深加工的重要工具，以线接触方式对陶瓷砖、石材板表面进行刚性铣刮加工，消除凹凸的表面，使瓷砖和石材板得到一个平整的表面及相同的厚度，承担主要的表面磨削任务，为后面的精细磨抛工序作准备。
目前，市场上的金刚石滚刀主要存在两大挑战：(1)建筑陶瓷深加工模式逐渐向小批量、个性化、加工对象多样化方向转变；为满足生产效率及加工效果，同样的滚刀产品需适应磨削特性多变的加工对象，保持良好的锋利度。(2)建筑陶瓷行业面临市场增速趋缓和人力成本上升的双重压力，客户越来越看重产品的性价比，除了锋利度指标外，也十分关注产品的使用寿命，即耐磨性；为此，磨具厂商从金属结合剂和磨料入手，用预合金粉末代替部分单质粉，或采用镀Ti金刚石作为磨料，力图提高滚刀的性能，但从实际应用来看，效果仍不理想。此外，常用的镀钛金刚石，表面Ti层容易氧化，不仅达不到预期效果，反而会恶化原有性能。因此，有必要做进一步改进。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种锋利度高、自锐性好、耐磨、使用寿命长、满足市场需求的高性能金属结合剂金刚石滚刀及其制备方法，以克服现有技术中的不足之处。
按此目的设计的一种高性能金属结合剂金刚石滚刀，包括金刚石磨料和金属胎体；其特征在于：所述金刚石磨料表面包覆有TiC层，TiC层表面与金属胎体之间有(Ti，W，Mo)C层。
所述TiC层与(Ti，W，Mo)C层的位相关系基本一致，且均为面心立方。
一种如上述高性能金属结合剂金刚石滚刀的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a)备料：按质量百分比包括表面包覆TiC层的金刚石磨料3～6％，Mo粉5～10％，Sn粉5～10％，WC粉15～20％，Cu粉20～25％、铁族金属粉25～35％；
b)粉末混合：按照上述组分及配比，制得粉末混合物；
c)冷压成型：采用自动冷压设备，将上述粉末混合物压制成刀头冷坯，冷压尺寸可定制化设计，冷压压力为300Mpa；
d)热压烧结：气氛保护条件下，先低压预烧，后高温加压致密化，最后缓慢冷却，热压压力为20～30MPa，烧结温度为900℃～950℃，保温1小时，冷却速率为10℃/min。
所述金刚石磨料粗细颗粒配比为3：1～5：1，粗细颗粒相差3～4个粒度。
所述金刚石磨料的粗颗粒为40/45，细颗粒为60/70或者70/80。
所述Cu粉和Sn粉的目数分别为400目，所述WC粉和Mo粉的目数分别为800目。
所述铁族金属粉至少含有Co粉和/或Ni粉。
本发明具有以下有益效果：
1.通过选用表面包覆有TiC层的金刚石，达到不易氧化、能达到预期效果和保证原有性能的效果；
2.固相烧结阶段中，通过加入Mo粉可提高液相对固相磨料的润湿性，促进金刚石磨料与金属胎体之间的冶金结合，而且Mo粉还可以细化晶粒，这些因素都有利于合金强度和硬度的提高；
3.粗颗粒金刚石磨料与细颗粒金刚石磨料协同作用，克服了传统金刚石滚刀效率与寿命之间不可兼顾的矛盾问题；
4.本结构的金刚石滚刀不仅具有锋利度高、自锐性能好的特性，还具有耐磨、使用寿命长的优点。
附图说明
图1为本发明一实施例金属胎体对金刚石磨料包镶的微观实物图；
图2为本发明一实施例的热压工艺制度图；
图3为本发明一实施例中滚刀的微观组织结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
参见图1-图3，本高性能金属结合剂金刚石滚刀，包括金属胎体1和金刚石磨料2；金刚石磨料2表面包覆有TiC层3，TiC层3表面与金属胎体1之间有(Ti，W，Mo)C层4。
进一步说，TiC层3与(Ti，W，Mo)C层4的位相关系基本一致，且均为面心立方，界面结合强度高。
上述高性能金属结合剂金刚石滚刀的制备方法，包括以下步骤：
a)备料：按质量百分比包括表面包覆TiC层3的金刚石磨料23～6％，Mo粉5～10％，Sn粉5～10％，WC粉15～20％，Cu粉20～25％、铁族金属粉25～35％；
b)粉末混合：按照上述组分及配比，制得粉末混合物；
c)冷压成型：采用自动冷压设备，将上述粉末混合物压制成刀头冷坯，冷压尺寸可定制化设计，冷压压力为300Mpa；
d)热压烧结：气氛保护条件下，先低压预烧，后高温加压致密化，最后缓慢冷却，热压压力为20～30MPa，烧结温度为900℃～950℃，保温1小时，冷却速率为10℃/min。
进一步说，金刚石磨料2由不同粒度配比而成，金刚石磨料2粗细颗粒配比为3：1～5：1，粗细颗粒相差3～4个粒度；粗细金刚石磨料2协同作用，可提高工具的综合性能，使其兼顾锋利度与耐磨性。
进一步说，金刚石磨料2的粗颗粒为40/45，细颗粒为60/70或者70/80。
进一步说，固相烧结致密化阶段中，Mo和W元素分别通过粘结相向金刚石磨料2表面的TiC层3扩散，取代了部分Ti的位置，并在TiC层3表面形成一圈(Ti,W,Mo)C固溶体组织，即(Ti,W,Mo)C层4成为金刚石磨料2与金属胎体1之间的界面相，该界面相厚度大小关系到金属胎体1对金刚石磨料2的把持能力，在一定范围内，Mo粉的加入量可起到调节界面相厚度的作用，进而能有效的控制金属胎体1对金刚石磨料2的把持能力。
进一步说，Cu粉和Sn粉的目数分别为400目，所述WC粉和Mo粉的目数分别为800目。
进一步说，铁族金属粉至少含有Co粉和/或Ni粉。
上述为本发明的优选方案，显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.一种高性能金属结合剂金刚石滚刀，包括金属胎体(1)和金刚石磨料(2)；其特征在于：所述金刚石磨料(2)表面包覆有TiC层(3)，TiC层(3)表面与金属胎体(1)之间有(Ti，W，Mo)C层(4)。
2.根据权利要求1所述高性能金属结合剂金刚石滚刀，其特征在于：所述TiC层(3)与(Ti，W，Mo)C层(4)的位相关系基本一致，且均为面心立方。
3.一种如权利要求1或2所述高性能金属结合剂金刚石滚刀的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a)备料：按质量百分比包括表面包覆TiC层(3)的金刚石磨料(2)3～6％，Mo粉5～10％，Sn粉5～10％，WC粉15～20％，Cu粉20～25％、铁族金属粉25～35％；
b)粉末混合：按照上述组分及配比，制得粉末混合物；
c)冷压成型：采用自动冷压设备，将上述粉末混合物压制成刀头冷坯，冷压尺寸可定制化设计，冷压压力为300Mpa；
d)热压烧结：气氛保护条件下，先低压预烧，后高温加压致密化，最后缓慢冷却，热压压力为20～30MPa，烧结温度为900℃～950℃，保温1小时，冷却速率为10℃/min。
4.根据权利要求3所述高性能金属结合剂金刚石滚刀的制备方法，其特征在于：所述金刚石磨料(2)粗细颗粒配比为3：1～5：1，粗细颗粒相差3～4个粒度。
5.根据权利要求4所述高性能金属结合剂金刚石滚刀的制备方法，其特征在于：所述金刚石磨料(2)的粗颗粒为40/45，细颗粒为60/70或者70/80。
6.根据权利要求3所述高性能金属结合剂金刚石滚刀的制备方法，其特征在于：所述Cu粉和Sn粉的目数分别为400目，所述WC粉和Mo粉的目数分别为800目。
7.根据权利要求3所述高性能金属结合剂金刚石滚刀的制备方法，其特征在于：所述铁族金属粉至少含有Co粉和/或Ni粉。
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