CN107617747A - 一种整体复合聚晶金刚石刀片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种整体复合聚晶金刚石刀片，整体复合聚晶金刚石刀片是在一片聚晶金刚石复合片上用激光切割出来的，切割后的刀片经过磨削加工后形成一定尺寸的数控可转位刀片；聚晶金刚石复合片由硬质合金基体和结合在硬质合金基体上的聚晶金刚石层构成，聚晶金刚石层由以下重量份数的原料制备而成：合金粉10‑50份，金刚石微粉50‑90份，钛、硅、铈中的一种或两种的混合粉1‑5份。本发明先将钴、铁、镍金属粉在高温下熔融，雾化成合金粉末，这样，3种结合剂成份形成均一的合金物质，比彼此独立的3种金属混合物更加均匀，可以保证聚晶金刚石复合片具有很高的热稳定性。

Description

一种整体复合聚晶金刚石刀片及其制备方法

技术领域

本发明属于超硬材料制造技术领域，具体涉及一种整体复合聚晶金刚石刀片及其制备方法。

背景技术

聚晶金刚石刀片具有金刚石的硬度和耐磨性以及硬质合金基体材料的韧性和可焊接性，是一种优良的切削工具和耐磨材料，广泛的应用于有色金属加工、木质材料加工、橡胶材料加工、塑料材料加工、砂轮修整工具、高耐磨工件等。目前市场上的金刚石刀片都是加工金刚石刀粒焊接到合金基体上，刀尖数量少，仅一个尖，焊接强度不高，高温或大抗力时容易脱落。本专利发明了整体复合聚晶金刚石刀片，通过高温超高压直接将聚晶金刚石复合层烧结在硬质合金基体上，因此其结合强度高，不会脱落，并且刀尖数量成倍增加。

金刚石复合片（PDC）是将金刚石粉末添加一定的结合剂与硬质合金基体组装在一起后，在专用金刚石液压机上在超高压高温条件下烧结制得。它由一层多晶金刚石层和硬质合金基体构成。在制作PDC过程中，一般采用钴、镍、铁作为结合剂制作高耐磨型PDC。

采用钴、镍、铁作为结合剂制作PDC，由于钴的催化作用，金刚石颗粒之间互相直接烧结在一起形成D-D结合结构（金刚石-金刚石结合），该结构的聚晶金刚石的显微组织是由具有相连骨架结构的金刚石相和弥散分布的“小岛状”金属相组成。因为金刚石颗粒间结合充分，所以一般采用钴、镍、铁作为结合剂制作复合片具有很高的耐磨性。

但是作为高压下促使石墨转变为金刚石的结合剂金属-钴、镍、铁，常压下也会促进金刚石向石墨的转变，降低金刚石聚晶强度。另一方面，金刚石的热膨胀系数只是钴的十分之一，当工作温度很高时，容易产生热应力，破坏金刚石骨架，使聚晶金刚石出现裂纹，造成应力损害。因此，金刚石聚晶层中的铁族金属相会因工作点温度不同在一定程度上降低PDC的热稳定性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的不足之处，提供一种整体复合聚晶金刚石刀片及其制备方法。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种整体复合聚晶金刚石刀片，整体复合聚晶金刚石刀片是在一片聚晶金刚石复合片上用激光切割出来的，切割后的刀片经过磨削加工后形成一定尺寸的数控可转位刀片；所述聚晶金刚石复合片由硬质合金基体和结合在硬质合金基体上的聚晶金刚石层构成，所述聚晶金刚石层由以下重量份数的原料制备而成：合金粉10-50份，金刚石微粉50-90份，钛、硅、铈中的一种或两种的混合粉1-5份；所述合金粉由钴50-90份、铁5-15份、镍40-80份制备而成。

所述合金粉的粒度小于400目。

所述金刚石微粉的粒径为1-30μm。

根据上述的整体复合聚晶金刚石刀片的制备方法，具体步骤如下：

（1）将钴、铁、镍在1400-1600℃下熔炼，并用氮气雾化成合金粉；

（2）将合金粉、金刚石微粉、钛、硅、铈中的一种或两种的混合粉混合均匀后，装入金属杯中，再将硬质合金基体装入，再套一层金属杯，最后将金属杯装入石墨模具中，在5-9兆帕压力，1100-1400℃温度条件下烧结10-30min；

（3）烧结好的聚晶金刚石复合片按照目标尺寸进行后续切割和磨削加工形成整体复合聚晶金刚石刀片。

相对于现有技术，本发明先将钴、铁、镍金属粉在高温下熔融，雾化成合金粉末，这样，3种结合剂成份形成均一的合金物质，比彼此独立的3种金属混合物更加均匀，合金性能较混合金属更好，可提高结合强度，再与金刚石粉和钛、硅、铈粉混合制备聚晶金刚石复合片，可以保证聚晶金刚石复合片具有很高的热稳定性。

附图说明

图1是聚晶金刚石复合片切割后的结构示意图。

图2是整体复合聚晶金刚石刀片成品Ⅰ。

图3是整体复合聚晶金刚石刀片成品Ⅱ。

图4是整体复合聚晶金刚石刀片成品Ⅲ。

图5是整体复合聚晶金刚石刀片成品Ⅳ。

具体实施方式

实施例1：

一种整体复合聚晶金刚石刀片，整体复合聚晶金刚石刀片是在一片聚晶金刚石复合片上用激光切割出来的，切割后的刀片经过磨削加工后形成一定尺寸的数控可转位刀片；所述聚晶金刚石复合片由硬质合金基体和结合在硬质合金基体上的聚晶金刚石层构成，所述聚晶金刚石层由以下重量份数的原料制备而成：合金粉10-50份，金刚石微粉50-90份，钛、硅、铈中的一种或两种的混合粉1-5份；所述合金粉由钴50-90份、铁5-15份、镍40-80份制备而成。

所述合金粉的粒度小于400目。

金刚石微粉的粒径为1-30μm。

根据上述的整体复合聚晶金刚石刀片的制备方法，具体步骤如下：

（1）将钴、铁、镍在1400-1600℃下熔炼，并用氮气雾化成合金粉；

（2）将合金粉、金刚石微粉、钛、硅、铈中的一种或两种的混合粉混合均匀后，装入金属杯中，再将硬质合金基体装入，为了防止混合粉末洒出，再套一层金属杯，最后将金属杯装入石墨模具中，在5-9兆帕压力，1100-1400℃温度条件下烧结10-30min；其中最佳烧结时间为200s，烧结时间影响最终制备的聚晶金刚石复合片的性能，若烧结时间过短，金刚石与合金粉末以及钛、硅、铈不能充分反应，相互之间的结合强度不够，会降低产品的耐磨性；而烧结时间过长，一方面金刚石容易发生石墨化，降低强度，另一方面聚晶金刚石层与硬质合金基体的结合界面也会因为烧结时间过长而发生开裂，造成产品报废；

（3）烧结好的聚晶金刚石复合片按照目标尺寸进行后续加工，如图1所示。烧结后进行泄压、冷却，取出烧结好的聚晶金刚石复合片，后期在进行激光切割和磨削加工后，形成整体复合聚晶金刚石刀片，如图2-5所示。

实施例2：

一种整体复合聚晶金刚石刀片，整体复合聚晶金刚石刀片是在一片聚晶金刚石复合片上用激光切割出来的，切割后的刀片经过磨削加工后形成一定尺寸的数控可转位刀片；聚晶金刚石复合片由硬质合金基体和结合在硬质合金基体上的聚晶金刚石层构成，聚晶金刚石层由以下重量份数的原料制备而成：合金粉10kg，金刚石微粉50 kg，钛、硅、铈中的一种或两种的混合粉1 kg；合金粉由钴50 kg、铁5 kg、镍40kg制备而成。

合金粉的平均粒度为725目。

金刚石微粉的平均粒径为1μm。

根据上述的整体复合聚晶金刚石刀片的制备方法，具体步骤如下：

（1）将钴、铁、镍在1400℃下熔炼，并用氮气雾化成合金粉；

（2）将合金粉、金刚石微粉、钛、硅、铈中的一种或两种的混合粉混合均匀后，装入金属杯中，再将硬质合金基体装入，为了防止混合粉末洒出，再套一层金属杯，最后将金属杯装入石墨模具中，在5兆帕压力，1100℃温度条件下烧结10min；

（3）烧结后进行泄压、冷却，取出烧结好的聚晶金刚石复合片，后期在进行激光切割和磨削加工后，形成整体复合聚晶金刚石刀片。

实施例3：

一种整体复合聚晶金刚石刀片，整体复合聚晶金刚石刀片是在一片聚晶金刚石复合片上用激光切割出来的，切割后的刀片经过磨削加工后形成一定尺寸的数控可转位刀片；聚晶金刚石复合片由硬质合金基体和结合在硬质合金基体上的聚晶金刚石层构成，聚晶金刚石层由以下重量份数的原料制备而成：合金粉20kg，金刚石微粉60 kg，钛、硅、铈中的一种或两种的混合粉2 kg；合金粉由钴60kg、铁8kg、镍50 kg制备而成。

合金粉的平均粒度为860目。

金刚石微粉的平均粒径为5μm。

根据上述的整体复合聚晶金刚石刀片的制备方法，具体步骤如下：

（1）将钴、铁、镍在1450℃下熔炼，并用氮气雾化成合金粉；

（2）将合金粉、金刚石微粉、钛、硅、铈中的一种或两种的混合粉混合均匀后，装入金属杯中，再将硬质合金基体装入，为了防止混合粉末洒出，再套一层金属杯，最后将金属杯装入石墨模具中，在6兆帕压力，1200℃温度条件下烧结15min；

（3）烧结后进行泄压、冷却，取出烧结好的聚晶金刚石复合片，后期在进行激光切割和磨削加工后，形成整体复合聚晶金刚石刀片。

实施例4：

一种整体复合聚晶金刚石刀片，整体复合聚晶金刚石刀片是在一片聚晶金刚石复合片上用激光切割出来的，切割后的刀片经过磨削加工后形成一定尺寸的数控可转位刀片；聚晶金刚石复合片由硬质合金基体和结合在硬质合金基体上的聚晶金刚石层构成，聚晶金刚石层由以下重量份数的原料制备而成：合金粉30kg，金刚石微粉70 kg，钛、硅、铈中的一种或两种的混合粉3 kg；合金粉由钴70kg、铁10kg、镍60 kg制备而成。

合金粉的平均粒度为700目。

金刚石微粉的平均粒径为10μm。

根据上述的整体复合聚晶金刚石刀片的制备方法，具体步骤如下：

（1）将钴、铁、镍在1500℃下熔炼，并用氮气雾化成合金粉；

（2）将合金粉、金刚石微粉、钛、硅、铈中的一种或两种的混合粉混合均匀后，装入金属杯中，再将硬质合金基体装入，为了防止混合粉末洒出，再套一层金属杯，最后将金属杯装入石墨模具中，在7兆帕压力，1250℃温度条件下烧结20min；

（3）烧结后进行泄压、冷却，取出烧结好的聚晶金刚石复合片，后期在进行激光切割和磨削加工后，形成整体复合聚晶金刚石刀片。

实施例5：

一种整体复合聚晶金刚石刀片，整体复合聚晶金刚石刀片是在一片聚晶金刚石复合片上用激光切割出来的，切割后的刀片经过磨削加工后形成一定尺寸的数控可转位刀片；聚晶金刚石复合片由硬质合金基体和结合在硬质合金基体上的聚晶金刚石层构成，聚晶金刚石层由以下重量份数的原料制备而成：合金粉40kg，金刚石微粉80 kg，钛、硅、铈中的一种或两种的混合粉4 kg；合金粉由钴80kg、铁12kg、镍70 kg制备而成。

合金粉的平均粒度为425目。

金刚石微粉的平均粒径为20μm。

根据上述的整体复合聚晶金刚石刀片的制备方法，具体步骤如下：

（1）将钴、铁、镍在1550℃下熔炼，并用氮气雾化成合金粉；

（2）将合金粉、金刚石微粉、钛、硅、铈中的一种或两种的混合粉混合均匀后，装入金属杯中，再将硬质合金基体装入，为了防止混合粉末洒出，再套一层金属杯，最后将金属杯装入石墨模具中，在8兆帕压力，1300℃温度条件下烧结25min；

（3）烧结后进行泄压、冷却，取出烧结好的聚晶金刚石复合片，后期在进行激光切割和磨削加工后，形成整体复合聚晶金刚石刀片。

实施例6：

一种整体复合聚晶金刚石刀片，整体复合聚晶金刚石刀片是在一片聚晶金刚石复合片上用激光切割出来的，切割后的刀片经过磨削加工后形成一定尺寸的数控可转位刀片；聚晶金刚石复合片由硬质合金基体和结合在硬质合金基体上的聚晶金刚石层构成，聚晶金刚石层由以下重量份数的原料制备而成：合金粉50kg，金刚石微粉90 kg，钛、硅、铈中的一种或两种的混合粉5 kg；合金粉由钴90kg、铁15kg、镍80kg制备而成。

合金粉的平均粒度为450目。

金刚石微粉的平均粒径为30μm。

根据上述的整体复合聚晶金刚石刀片的制备方法，具体步骤如下：

（1）将钴、铁、镍在1600℃下熔炼，并用氮气雾化成合金粉；

（2）将合金粉、金刚石微粉、钛、硅、铈中的一种或两种的混合粉混合均匀后，装入金属杯中，再将硬质合金基体装入，为了防止混合粉末洒出，再套一层金属杯，最后将金属杯装入石墨模具中，在9兆帕压力，1400℃温度条件下烧结30min；

（3）烧结后进行泄压、冷却，取出烧结好的聚晶金刚石复合片，后期在进行激光切割和磨削加工后，形成整体复合聚晶金刚石刀片。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种整体复合聚晶金刚石刀片，其特征在于：整体复合聚晶金刚石刀片是在一片聚晶金刚石复合片上用激光切割出来的，切割后的刀片经过磨削加工后形成一定尺寸的数控可转位刀片；所述聚晶金刚石复合片由硬质合金基体和结合在硬质合金基体上的聚晶金刚石层构成，所述聚晶金刚石层由以下重量份数的原料制备而成：合金粉10-50份，金刚石微粉50-90份，钛、硅、铈中的一种或两种的混合粉1-5份；所述合金粉由钴50-90份、铁5-15份、镍40-80份制备而成。

2.根据权利要求1所述的整体复合聚晶金刚石刀片，其特征在于：所述合金粉的粒度小于400目。

3.根据权利要求1所述的整体复合聚晶金刚石刀片，其特征在于：所述金刚石微粉的粒径为1-30μm。

4.根据权利要求1所述的整体复合聚晶金刚石刀片的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：

（1）将钴、铁、镍在1400-1600℃下熔炼，并用氮气雾化成合金粉；

（2）将合金粉、金刚石微粉、钛、硅、铈中的一种或两种的混合粉混合均匀后，装入金属杯中，再将硬质合金基体装入，再套一层金属杯，最后将金属杯装入石墨模具中，在5-9兆帕压力，1100-1400℃温度条件下烧结10-30min；

（3）烧结好的聚晶金刚石复合片按照目标尺寸进行后续切割和磨削加工形成整体复合聚晶金刚石刀片。