CN108274004A - 一种金属基金刚石复合刀头及其制备方法和一种钻头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种金属基金刚石复合刀头及其制备方法和一种钻头。本发明采用的所述胎体粉料结合润湿剂和成型剂的使用，便于后续成型过程的顺利进行，避免掉粉、掉块，促进胎体粉料对金刚石的包裹和支撑；热压烧结过程中，各胎体粉料的粉末颗粒之间发生了物理扩散和化学反应，实现胎体粉料的合金化，坯体密度逐渐增大，实现对金刚石的包裹和支撑，对金刚石有了很高的把持力，能够支撑金刚石去工作，进而提高复合刀具的锋利度和使用寿命。实施例的结果表明，本发明提供的金属基金刚石复合刀头锋利度达到3～3.7min/孔，寿命长。

Description

一种金属基金刚石复合刀头及其制备方法和一种钻头
技术领域
本发明属于刀具材料技术领域，尤其涉及一种金属基金刚石复合刀头及其制备方法和一种钻头。
背景技术
如今社会对装饰装修的要求越来越高，钻孔是装饰装修过程中必不可少的环节。由于大部分场合都要使用手持式钻机来钻孔，钻孔的劳动强度特别大，为了降低劳动强度，迫切需要锋利度好的钻头。而随着企业人工成本和原材料的成本的不断增高，金刚石薄壁钻头价格也是一路攀升，市场上不仅需要锋利度好的钻头，还要求有一定的使用寿命，才能降低损耗产生的使用成本。然而，现有技术中大部分使用单质粉(如铁粉，铜粉，锡粉，镍粉，钴粉等)混合制造而成，由于实际使用的粉末种类多、质量差，且各种粉末之间的性能差异大，虽可在一定程度内提高使用寿命，但未从源头上解决问题，金刚石刀头锋利度的提高和使用寿命的延长才是解决问题的关键所在。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属基金刚石复合刀头及其制备方法和一种钻头，本发明制备的金属基金刚石复合刀头锋利度高且具有较高的使用寿命。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种金属基金刚石复合刀头的制备方法，包括以下步骤：
(1)将胎体粉料、金刚石、润湿剂和成型剂混合后进行成型处理，得到坯体；
以质量百分含量计，所述胎体粉料包括55～65％合金粉、15～25％铁粉和20～30％铜粉；所述合金粉化学组成上包括铁、铜、锡、镍、钴和钨；
(2)对所述步骤(1)得到的坯体进行热压烧结，得到金属基金刚石复合刀头。
优选的，所述步骤(2)中，热压烧结的保压温度为820～840℃，热压烧结的保压压力为80～100KN，所述热压烧结的保压时间为80～120s。
优选的，所述步骤(2)中，热压烧结的总时间为4～7min。
优选的，所述步骤(1)中金刚石为胎体粉料质量的3～4％。
优选的，所述步骤(1)中润湿剂包括液体石蜡和/或酒精；所述润湿剂为胎体粉料质量的0.2～0.5％。
优选的，所述步骤(1)中成型剂包括聚乙烯醇和/或硬脂酸锌；所述成型剂为胎体粉料质量的0.2～0.4％。
优选的，以质量百分含量计，所述步骤(1)中合金粉包括铁36～45％、铜16～24％、锡5～8％、镍8～13％、钴9～14％和钨9～14％。
优选的，所述步骤(1)中坯体的构型为钻头刀头。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的金属基金刚石复合刀头，抗弯强度为1000～1200MPa，洛氏硬度为HRB95～105。
本发明提供了一种钻头，包括钻杆和焊接在所述钻杆上的刀头，所述刀头采用上述技术方案所述的金属基金刚石复合刀头。
本发明提供了一种金属基金刚石复合刀头的制备方法，首先将胎体粉料、金刚石、润湿剂和成型剂混合后进行成型处理，得到坯体；其中，以质量百分含量计，胎体粉料包括55～65％合金粉、15～25％铁粉和20～30％铜粉；从组分上，所述合金粉包括铁、铜、锡、镍、钴和钨；再对所得到的坯体进行热压烧结，得到金刚石基复合刀头。本发明采用的所述胎体粉料利于生成细腻致密均匀的胎体，且便于后续高压烧结；并且结合润湿剂和成型剂的使用，避免由于金刚石和胎体粉料密度差距导致的混料偏析，并且便于后续成型过程的顺利进行，避免掉粉、掉块，促进胎体粉料对金刚石的包裹和支撑；再者，热压烧结过程中，各胎体粉料的粉末颗粒之间发生了物理扩散和化学反应，实现胎体粉料的合金化，坯体密度逐渐增大，实现对金刚石的包裹和支撑，对金刚石有了很高的把持力，能够支撑金刚石去工作，进而提高复合刀具的锋利度和使用寿命。实施例的结果表明，本发明提供的金属基金刚石复合刀头锋利度达到3～3.7min/孔，寿命长。
附图说明
图1为实施例1中热压烧结后复合刀头的断面照片；
图2为实施例1中热压烧结后复合刀头的断面SEM图；
图3为实施例1中钻头3钻取8个孔后的钻齿状态图；
图4为实施例1中钻头3钻取55个孔后的钻齿状态图；
图5为对比例1中钻头2钻取5个孔后即损坏的钻齿状态图；
图6为实施例2得到的刀头在使用过程中刀头中金刚石出刃状态。
具体实施方式
本发明提供了一种金属基金刚石复合刀头的制备方法，包括以下步骤：
(1)将胎体粉料、金刚石、润湿剂和成型剂混合后进行成型处理，得到坯体；
以质量百分含量计，所述胎体粉料包括55～65％合金粉、15～25％铁粉和20～30％铜粉；所述合金粉化学组成上包括铁、铜、锡、镍、钴和钨；
(2)对所述步骤(1)得到的坯体进行热压烧结，得到金属基金刚石复合刀头。
本发明将胎体粉料、金刚石、润湿剂和成型剂混合后进行成型处理，得到坯体。在本发明中，以质量百分含量计，所述胎体粉料包括55～65％合金粉、15～25％铁粉和20～30％铜粉。
在本发明中，以质量百分含量计，所述合金粉的质量占胎体粉料总质量的55～65％，优选为58～62％，进一步优选为59％。在本发明中，从化学组分上，所述合金粉包括铁、铜、锡、镍、钴和钨。在本发明中，以质量百分含量计，所述合金粉优选包括铁36～45％、铜16～24％、锡5～8％、镍8～13％、钴9～14％和钨9～14％；所述合金粉进一步优选包括铁38～42％、铜18～22％、锡6～8％、镍10～13％、钴10～12％和钨10～12％；所述合金粉更优选包括铁40％、铜20％、锡6％、镍12％、钴12％和钨10％。
在本发明中，所述合金粉的粒度优选为-400目，即400目以细，合金粉为经筛选取400筛网的筛下物；所述合金粉的密度优选为8.22～8.45g/cm3。在本发明中，所述合金粉纯度≥99.5wt.％；所述合金粉中含氧量≤0.34wt％；所述合金粉的松比优选为2.8～3.6g/cm3。本发明对所述合金粉的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的市售商品或采用本领域技术人员所熟知的方式自行制备。当采用自行制备的方式时，本发明优选采用水雾化法制备合金粉；本发明采用水雾化法制备合金粉时，所述水雾化法优选为将合金粉各组成成分金属按重量比例称取以后，投入到高温炉中，熔融混合均匀得到合金溶液；将所述合金溶液从高温炉的底部流出，采用雾化介质将所述合金液破碎为细小液滴，继之冷凝为固体粉末；将所述固体粉末进行筛分处理后退火处理，再通过还原炉调整氧含量，得到合金粉。
在本发明中，所述铁粉的质量占胎体粉料总质量的15～25％，优选为18～22％，进一步优选为19％。在本发明中，所述铁粉的平均粒径优选为7～9μm；所述铁粉的密度优选为7.8g/cm3。在本发明中，所述铁粉的纯度优选≥99.85wt％；所述铁粉的含氧量≤0.7wt％；所述铁粉的松比优选为1.9～2.5g/cm3。本发明对所述铁粉的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的市售商品或采用本领域技术人员所熟知的方式自行制备。当采用自行制备的方式时，本发明优选采用电解法制备铁粉。
在本发明中，所述铜粉的质量为胎体粉料总质量的20～30％，优选为22～28％，进一步优选为22％。在本发明中，所述铜粉的粒度优选为-400目以下；所述铜粉的密度优选为8.9g/cm3。在本发明中，所述铜粉的纯度≥99.78wt.％；所述铜粉中含氧量≤0.15wt％；所述铜粉的松比优选为1.7～1.8g/cm3。本发明对所述铜粉的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的市售商品或采用本领域技术人员所熟知的方式自行制备。当采用自行制备的方式时，本发明优选采用电解法制备铜粉。
本发明优选将所述合金粉、铁粉和铜粉混合，得到胎体粉料。本发明对所述合金粉、铁粉和铜粉的混合方式没有特殊按要求，采用本领域技术人员所熟知的粉料混合方式即可。
本发明优选采用所述粒径的合金粉、铁粉和铜粉的胎体粉料，充分发挥胎体所述胎体粉料的比表面积大且活化能高的优势，利于生成细腻致密均匀的胎体，且便于后续高压烧结；并且所述胎体粉料便于精确控制原料用量；所述胎体粉料易于混合，保证各微小单元的成分组成一致；再者，所述胎体粉料便于装料冷压压制成型，便于制成生产所需的产品形状和尺寸。
在本发明中，所述金刚石的质量优选为胎体粉料质量的3～4％，进一步优选为3.6％；本发明对所述金刚石的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的即可。在本发明中，所述金刚石的强度优选为HWD60～HWD80；所述金刚石的粒度优选为35目～50目，即采用筛网对金刚石筛分后，取35目筛的筛下物和50目筛上物作为原料金刚石；进一步优选为35目～40目、40目～45目或45目～50目。
在本发明中，所述成型剂优选包括聚乙烯醇和/或硬脂酸锌；本发明对所述成型剂的具体来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的市售商品即可。在本发明中，所述成型剂的质量优选为胎体粉料质量的0.2～0.4％，进一步优选为0.35％。在本发明中，所述成型剂能够改善胎体粉料的成型性能，保证胎体粉料能够被冷压压制成所需的形状和尺寸。
在本发明中，所述润湿剂优选包括液体石蜡和/或酒精；所述酒精进一步优选为95％浓度的酒精；本发明对所述液体石蜡和酒精的具体来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的市售商品即可。在本发明中，所述润湿剂的质量优选为胎体粉料质量的0.2～0.5％，进一步优选为0.3～0.4％。在本发明中，所述润湿剂有助于促进金刚石和成型剂的均匀混合，金刚石表面润湿之后会在混料过程中粘附上金属粉末，均匀分布于金属粉末之中，保证混料的均匀性，避免由于金刚石和胎体粉料密度差距导致的混料偏析，并且便于后续成型过程的顺利进行，避免掉粉、掉块，防止层析。在本发明中，所述润湿剂在热压烧结过程中分解挥发掉。
在本发明中，所述胎体粉料、金刚石、润湿剂和成型剂的混合优选为向胎体粉料中依次加入金刚石、润湿剂和成型剂，便于各组分间的充分接触。本发明对所述混合的具体实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的以能实现不同原料的均匀混合即可。在本发明中，所述混合的时间优选为3h；所述混合的转速优选为26r/min；所述混合优选在三维混料机中进行。
所述混合后，本发明将得到的混合料进行成型处理，得到坯体。在本发明中，所述成型处理优选为采用冷压模具进行冷压成型；本发明对所述冷压成型的具体实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的成型方式以能得到所需构型的坯体即可。在本发明中，所述成型处理的方式进一步优选通过自动冷压机完成。在本发明中，所述坯体的构型优选为平齿钻头刀头。本发明对所述自动冷压机的型号没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的以能得到所需构型的刀头坯体即可。
在本发明中，所述成型处理使得松散的混合粉末压制成具有固定形状、尺寸和密度的坯体。
所述成型处理后，本发明对所述得到的坯体进行热压烧结，得到金属基金刚石复合刀头。在本发明中，所述热压烧结即将所述坯体自室温条件下升温，同步所述坯体施加逐渐增大的压力；在最高压力条件和最高温度条件下对所述坯体进行保压保温处理。本发明对所述升温的方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的以能在目标热压烧结的总时间内并且满足保压时间要求的范围内达到最高温度即可。在本发明中，所述热压烧结的保压温度优选为820～840℃，进一步优选为825～830℃。本发明对所述压力的增大方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的升压方式即可。在本发明中，所述热压烧结的保压压力优选为80～100KN，进一步优选为85～95KN，更优选为90KN；所述热压烧结的保压时间优选为80～120s，进一步优选为85～110s，更优选为90～100s。在本发明中，所述升温的时间≤升压时间；本发明在所述保压过程中同时在保压温度进行保温处理。
在本发明中，所述热压烧结的总时间优选为4～7min，进一步优选为4.5～6.5min，更优选为5～6min。在本发明中，所述热压烧结的总时间以升温加压的时间和保压的时间之和计。
本发明在所述热压烧结过程中，热压烧结过程，温度从常温不断升高，压力从0不断增大，在这个过程中，刀头及热压烧结模具因为位置不同会存在温度差，通过在最高温度的保压过程，使温度均衡；并且为胎体粉料的合金化过程提供充足的时间；再者，在施加一定的压力为胎体粉料的合金化提供驱动力，加快合金化进程，另外施加的压力可以提高刀头的烧结密度。
本发明在所述热压烧结过程中，各胎体粉料的粉末颗粒之间发生了物理扩散和化学反应，实现胎体粉料的合金化，坯体密度逐渐增大，实现对金刚石的包裹和支撑，对金刚石有了很高的把持力，能够支撑金刚石去工作，进而提高复合刀具的锋利度和使用寿命；并且原材料粉末相互之间融合，各元素分子之间有了比较强的结合力，有助于提高刀具材料的密度和强度。随着刀具材料密度和强度的增大，材料对金刚石的机械镶嵌力变大，可以牢牢的包裹住金刚石，同时由于合金粉中镍、钴和钨三种元素的引入，可以与金刚石适度的发生化学反应，产生一定的碳化物，增强把持力。
在本发明中，所述热压烧结后优选还包括：将得到的烧结体依次进行开刃和喷漆处理，得到金属基金刚石复合刀头。本发明对所述刀头进行的开刃方式和喷漆处理方式的具体实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的即可。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的金属基金刚石复合刀头。在本发明中，所述金属基金刚石复合刀头的抗弯强度为1000～1200MPa，优选为1050～1150MPa，进一步优选为1100MPa；所述金属基金刚石复合刀头的洛氏硬度为HRB95～105，优选为HRB95～100；所述金属基金刚石复合刀头的锋利度以同一规格的钻头钻通标准试验块的时间计，为3～3.7min/孔，优选为3.3～3.4min/孔。在本发明中，所述锋利度测试过程中所用的试验钻头的直径为63mm。所述标准试验块为钢筋混凝土试验块，所述钢筋混凝土试验块的制备方法优选为：采用C30～C35商用混凝土浇筑成厚度为20cm的坯体后经固化养护28天，得到钢筋混凝土试验块；所述坯体内部优选上下均布4层螺纹钢；所述螺纹钢的直径优选为12mm；最上层螺纹钢距离所述钢筋混凝土试验块表层的距离为4cm，相邻层螺纹钢相距4cm；本发明对每层螺纹钢的个数没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的即可。
在本发明中，所述金属基金刚石复合刀头为包括金刚石基体和包裹在金刚石基体表面的合金胎体。在本发明中，所述合金胎体为前述技术方案所述合金粉、铁粉和铜粉经热压烧结合金化得到。在本发明中，所述合金胎体包裹在金刚石表面，起到包裹和支撑合金金刚石基体的作用。
本发明提供了一种钻头，包括钻杆和焊接在所述钻杆上的刀头，所述刀头采用上前述技术方案所述的金属基金刚石复合刀头。本发明对所述钻杆的尺寸没有特殊要求，采用本领域人员所熟知的钻头用钻杆即可。本发明对烧结体的焊接方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的刀头在钻杆的焊接方式即可，以便于刀头的使用。在本发明的实施例中，所述焊接的方式优选为高频焊，即利用高频电流使钻杆和刀头产生热量，将焊料熔化，焊料熔化后布满在刀头和钻杆的接触面上，待焊料冷却后，即将刀头和钻杆联接在一起。
当所述刀头未经开刃和喷漆处理的，本发明完成所述刀头和钻杆的焊接后，本发明优选对焊接在所述钻杆上的刀头依次进行开刃和喷漆处理，得到钻头。本发明对焊接在钻杆上的刀头进行的开刃和喷漆处理与前述技术方案一致，在此不再赘述。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明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
按照合金粉55wt.％、铁粉15wt.％和铜粉30wt.％称取原料粉，其中合金粉含铁36wt.％、铜24wt.％、锡6wt.％、镍9wt.％、钴11wt.％和钨14wt.％，合金粉的粒径为-400目，铁粉的平均粒径为7μm，铜粉粒径为-400目。
将合金粉、铁粉和铜粉混合，得到胎体粉料，在混料过程中加入重量为胎体粉料总重量的3％的金刚石，加入胎体粉料总重量的0.2％的润湿剂液体石蜡，加入胎体粉料总重量的0.2％的成型剂聚乙烯醇。在三维混料机中混料，混料机转速26r/min，混料时间3h；然后将混料进行冷压成型，得到钻刀头头坯体。
将得到的钻头刀头坯体进行实施升温加压进行热压烧结，升温到840℃后进行保温，同时加压到100KN后保压，保温保压的时间为80s，升温加压和保温保压的总时间为7min，得到金刚石基复合刀头。对得到的复合刀头进行断面分析，结果如图1和图2所示；由图1和图2可知，热压烧结后得到的胎体，成分均匀，结构致密，刀头断面颜色一致，组织均匀细腻，对金刚石包裹紧密显示是质量良好的刀头烧结体。并对热压烧结后的复合刀头进行力学性能测试，可得复合刀头的抗弯强度为1084Mpa，洛氏硬度为HRB102。
再将得到的钻头刀头通过高频焊接到钻杆的焊接台上，然后开刃喷漆，即为钻头成品。
取3个钻头采用固定的钻机(东成Z1Z-FF02-130立式钻孔机，功率1800W，转速1200r/min)在钢筋混凝土试验块(C35商用混凝土20cm厚，内部均布4层Φ12螺纹钢，混凝土固化28天)上钻孔，以测试刀头的锋利度，钻孔过程中钻孔时间小于3.7min。
钻头1的钻孔速度达到3.4min/孔，能正常钻取58个孔，测试过程中，均未出现掉齿，刀头崩刃现象；
钻头2的钻孔速度达到3.3min/孔，能正常钻取57个孔，测试过程中，均未出现掉齿，刀头崩刃现象；
钻头3的钻孔速度达到3.5min/孔，能正常钻取55个孔，测试过程中，均未出现掉齿，刀头崩刃现象；其中钻取8个孔后的钻头状态如图3所示，钻取55个孔的过程中均为发生掉齿，钻齿由于钻孔损耗，消耗完全，如图4所示。
实施例2
按照合金粉65wt.％、铁粉15wt.％和铜粉20wt.％称取原料粉，其中合金粉含铁36wt.％、铜24wt.％、锡6wt.％、镍9wt.％、钴11wt.％和钨14wt.％，合金粉的粒径为-400目，超细铁粉的平均粒径为7μm，铜粉粒径为-400目。
将合金粉、铁粉和铜粉混合，得到胎体粉料，在混料过程中加入重量为胎体粉料总重量的4％的金刚石，加入胎体粉料总重量的0.5％的润湿剂液体石蜡，加入胎体粉料总重量的0.4％的成型剂聚乙烯醇。在三维混料机中混料，混料机转速26r/min，混料时间3h；然后将混料进行冷压成型，得到钻头刀头坯体。
将得到的钻头刀头坯体进行实施升温加压进行热压烧结，升温到820℃后进行保温，同时加压到100KN后保压，保温保压的时间为80s，升温加压和保温保压的总时间为7min，得到金刚石基复合刀头。对热压烧结后的复合刀头进行力学性能测试，可得复合刀头的抗弯强度为1120Mpa，洛氏硬度为HRB103。
再将得到的钻头刀头通过高频焊接到钻杆的焊接台上，然后开刃喷漆，即为钻头成品。
取3个钻头采用固定的钻机(东成Z1Z-FF02-130立式钻孔机，功率1800W，转速1200r/min)在钢筋混凝土试验块(C35商用混凝土20cm厚，内部均布4层Φ12螺纹钢，混凝土固化28天)上钻孔，以测试刀头的锋利度，钻孔过程中钻孔时间小于3.7min。
钻头1的钻孔速度达到3.7min/孔，能正常钻取63个孔，测试过程中，均未出现掉齿，刀头崩刃现象；
钻头2的钻孔速度达到3.6min/孔，能正常钻取61个孔，测试过程中，均未出现掉齿，刀头崩刃现象；
钻头3的钻孔速度达到3.6min/孔，能正常钻取62个孔，测试过程中，均未出现掉齿，刀头崩刃现象。
实施例2得到的刀头在使用过程中刀头中金刚石出刃状态如图6所示，图6中颗粒状或块状物体即为金刚石，其余部分即为胎体。中间一颗金刚石暴露充分，工作过程中能快速有效的切削被加工材料，金刚石的后部(上部)被胎体材料包裹紧密，对前面金刚石有效支撑。左下角几颗金刚石已经破碎，更新出新的切削刃，右下角一颗金刚石已经破碎失效，整个照片中没有金刚石的脱落凹坑，说明胎体材料对金刚石包裹紧密，形成了有效地支撑，每一颗金刚石都能充分发挥作用，金刚石在工作过程中能够破碎更新出刃，保证切削锋利度。
实施例3
按照合金粉55wt.％、铁粉25wt.％和铜粉20wt.％称取原料粉，其中合金粉含铁36wt.％、铜24wt.％、锡6wt.％、镍9wt.％、钴11wt.％和钨14wt.％，合金粉的粒径为-400目，铁粉的平均粒径为7μm，铜粉粒径为-400目。
将合金粉、铁粉和铜粉混合，得到胎体粉料，在混料过程中加入重量为胎体粉料总重量的3.6％的金刚石，加入胎体粉料总重量的0.4％的润湿剂液体石蜡，加入胎体粉料总重量的0.4％的成型剂聚乙烯醇。在三维混料机中混料，混料机转速26r/min，混料时间3h；然后将混料进行冷压成型，得到钻头刀头坯体。
将得到的钻头刀头坯体进行实施升温加压进行热压烧结，升温到840℃后进行保温，同时加压到100KN后保压，保温保压的时间为80s，升温加压和保温保压的总时间为7min，得到金刚石基复合刀头。对热压烧结后的复合刀头进行力学性能测试，可得复合刀头的抗弯强度为1050Mpa，洛氏硬度为HRB101。
再将得到的钻头刀头通过高频焊接到钻杆的焊接台上，然后开刃喷漆，即为钻头成品。
取3个钻头采用固定的钻机(东成Z1Z-FF02-130立式钻孔机，功率1800W，转速1200r/min)在钢筋混凝土试验块(C35商用混凝土20cm厚，内部均布4层Φ12螺纹钢，混凝土固化28天)上钻孔，以测试刀头的锋利度，钻孔过程中钻孔时间小于3.7min。
钻头1的钻孔速度达到3.7min/孔，能正常钻取58个孔，测试过程中，均未出现掉齿，刀头崩刃现象；
钻头2的钻孔速度达到3.5min/孔，能正常钻取57个孔，测试过程中，均未出现掉齿，刀头崩刃现象；
钻头3的钻孔速度达到3.6min/孔，能正常钻取57个孔，测试过程中，均未出现掉齿，刀头崩刃现象。
实施例4
按照合金粉60wt.％、铁粉20wt.％和铜粉20wt.％称取原料粉，其中合金粉含铁36wt.％、铜24wt.％、锡6wt.％、镍9wt.％、钴11wt.％和钨14wt.％，合金粉的粒径为-400目，铁粉的平均粒径为7μm，铜粉粒径为-400目。
将合金粉、铁粉和铜粉混合，得到胎体粉料，在混料过程中加入重量为胎体粉料总重量的3.6％的金刚石，加入胎体粉料总重量的0.3％的润湿剂液体石蜡，加入胎体粉料总重量的0.3％的成型剂聚乙烯醇。在三维混料机中混料，混料机转速26r/min，混料时间3h；然后将混料进行冷压成型，得到钻头刀头坯体。
将得到的钻头刀头坯体进行实施升温加压进行热压烧结，升温到830℃后进行保温，同时加压到100KN后保压，保温保压的时间为80s，升温加压和保温保压的总时间为7min，得到金刚石基复合刀头。对热压烧结后的复合刀头进行力学性能测试，可得复合刀头的抗弯强度为1172Mpa，洛氏硬度为HRB104。
再将得到的钻头刀头通过高频焊接到钻杆的焊接台上，然后开刃喷漆，即为钻头成品。
取3个钻头采用固定的钻机(东成Z1Z-FF02-130立式钻孔机，功率1800W，转速1200r/min)在钢筋混凝土试验块(C35商用混凝土20cm厚，内部均布4层Φ12螺纹钢，混凝土固化28天)上钻孔，以测试刀头的锋利度，钻孔过程中钻孔时间小于3.7min。
钻头1的钻孔速度达到3.5min/孔，能正常钻取61个孔，测试过程中，均未出现掉齿，刀头崩刃现象；
钻头2的钻孔速度达到3.5min/孔，能正常钻取61个孔，测试过程中，均未出现掉齿，刀头崩刃现象；
钻头3的钻孔速度达到3.4min/孔，能正常钻取62个孔，测试过程中，均未出现掉齿，刀头崩刃现象。
如实施例4中的配方比例及制备工艺参数实施时，金属基金刚石复合刀头的锋利度和寿命都趋于最优状态，且测试数据波动最小。
对比例1
采用直径63mm的钻头：
按照铁粉56wt.％、铜粉30wt.％、锡粉4wt.％和镍粉10wt.％称取原料粉，铁粉的粒径为-300目，铜粉粒径为-300目，锡粉粒径为-300目，镍粉粒径为-250目。
将铁粉、铜粉、锡粉和镍粉混合，得到胎体粉料，在混料过程中加入重量为胎体粉料总重量的3.6％的金刚石，加入胎体粉料总重量的0.3％的润湿剂液体石蜡，加入胎体粉料总重量的0.2％的成型剂聚乙烯醇。在三维混料机中混料，混料机转速26r/min，混料时间3h；然后将混料进行冷压成型，得到钻头刀头坯体。
将得到的刀头钻头坯体进行实施升温加压进行热压烧结，升温到850℃后进行保温，同时加压到100KN后保压，保温保压的时间为100s，升温加压和保温保压的总时间为7.5min，得到金刚石基复合刀头。对热压烧结后的复合刀头进行力学性能测试，可得复合刀头的抗弯强度为965Mpa，洛氏硬度为HRB94。
再将得到的钻头刀头通过高频焊接到钻杆的焊接台上，然后开刃喷漆，即为钻头成品。
取3个钻头采用固定的钻机(东成Z1Z-FF02-130立式钻孔机，功率1800W，转速1200r/min)在钢筋混凝土试验块(C35商用混凝土20cm厚，内部上下均布4层Φ12螺纹钢，混凝土固化28天)上钻孔，以测试其锋利度。
钻头1的钻孔速度达到5min/孔，能正常钻取33个孔，测试过程中，均未出现掉齿，刀头崩刃现象；
钻头2的钻孔速度达到5.2min/孔，钻取5个孔后，即出现掉齿、刀头崩刃现象，结果如图5所示；
钻头3的钻孔速度达到4.9min/孔，能正常钻取37个孔，测试过程中，均未出现掉齿，刀头崩刃现象。
对比例2
采用直径63mm的钻头：
按照铁粉45wt.％、铜粉34wt.％、锡粉5wt.％、镍粉8wt.％和钴8wt.％称取原料粉，铁粉的粒径为-300目，铜粉粒径为-300目，锡粉粒径为-300目，镍粉粒径为-250目，钴粉粒径为-325目。
将铁粉、铜粉、锡粉、镍粉和钴粉混合，得到胎体粉料，在混料过程中加入重量为胎体粉料总重量的4％的金刚石，加入胎体粉料总重量的0.3％的润湿剂液体石蜡，加入胎体粉料总重量的0.3％的成型剂聚乙烯醇。在三维混料机中混料，混料机转速26r/min，混料时间3h；然后将混料进行冷压成型，得到钻头刀头坯体。
将得到的钻头坯体进行实施升温加压进行热压烧结，升温到830℃后进行保温，同时加压到100KN后保压，保温保压的时间为100s，升温加压和保温保压的总时间为7.5min，得到金刚石基复合刀头。对热压烧结后的复合刀头进行力学性能测试，可得复合刀头的抗弯强度为1076Mpa，洛氏硬度为HRB98。
再将得到的钻头刀头通过高频焊接到钻杆的焊接台上，然后开刃喷漆，即为钻头。
取3个钻头采用固定的钻机(东成Z1Z-FF02-130立式钻孔机，功率1800W，转速1200r/min)在钢筋混凝土试验块(C35商用混凝土20cm厚，内部上下均布4层Φ12螺纹钢，混凝土固化28天)上钻孔，以测试其锋利度。
钻头1的钻孔速度达到4.7min/孔，能正常钻取32个孔，测试过程中，均未出现掉齿，刀头崩刃现象；
钻头2的钻孔速度达到4.9min/孔，能正常钻取38个孔，测试过程中，均未出现掉齿，刀头崩刃现象；
钻头3的钻孔速度达到4.8min/孔，能正常钻取36个孔，测试过程中，均未出现掉齿，刀头崩刃现象。
由图3、4和图5可知，本发明提供的刀具材料锋利度高；本发明产品，刀头合金化程度高，刀头不存在内部缺陷，所以在使用过程中会极少出现这种情况。而现有产品极易出现掉齿、崩刃的问题，是由于普通单质粉末混合后烧结质量不好，刀头合金化程度低，刀头密度低，抗弯强度低，刀头内部存在缺陷，在使用过程中，由于刀头磨损及外力作用，刀头会出现掉齿及崩刃的问题。
对本发明提供的刀头的质量稳定性进行工厂测试：同一规格产品，连续10批次产品抽检测试，锋利度和寿命测试结果偏差不超过10％。由以上实施例可知，本发明烧结出来的刀头，刀头合金化程度高，胎体组织细腻致密均匀，抗弯强度1000～1200Mpa，洛氏硬度HRB95～105，胎体对金刚石的把持力高，金刚石出刃高，所以锋利度好，且胎体的耐磨性适中，这样随着胎体磨损能不断暴露出新的金刚石来，锋利度能够持续、稳定。胎体组织致密及有合适的抗弯强度，保证胎体本身的耐磨性，胎体对金刚石的把持力高，每一颗金刚石都能充分发挥作用。
本发明配方组成简单，原材料质量容易控制，而且生产工艺也简单易控，同批次产品稳定性良好。
本发明金属基金刚石复合刀头的锋利度比传统产品提高了约30％，寿命比以前产品提高了30％，质量稳定性得到大幅度提高，产品质量投诉率降低了50％，同时简化了生产工艺流程，节省了劳动成本。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种金属基金刚石复合刀头的制备方法，包括以下步骤：
(1)将胎体粉料、金刚石、润湿剂和成型剂混合后进行成型处理，得到坯体；
以质量百分含量计，所述胎体粉料包括55～65％合金粉、15～25％铁粉和20～30％铜粉；所述合金粉化学组成上包括铁、铜、锡、镍、钴和钨；
(2)对所述步骤(1)得到的坯体进行热压烧结，得到金属基金刚石复合刀头。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，热压烧结的保压温度为820～840℃，热压烧结的保压压力为80～100KN，所述热压烧结的保压时间为80～120s。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，热压烧结的总时间为4～7min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中金刚石的质量为胎体粉料质量的3～4％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中润湿剂包括液体石蜡和/或酒精；所述润湿剂的质量为胎体粉料质量的0.2～0.5％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中成型剂包括聚乙烯醇和/或硬脂酸锌；所述成型剂的质量为胎体粉料质量的0.2～0.4％。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以质量百分含量计，所述步骤(1)中合金粉包括铁36～45％、铜16～24％、锡5～8％、镍8～13％、钴9～14％和钨9～14％。
8.根据权利要求1、2、4～7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中坯体的构型为钻头刀头。
9.权利要求1～8任一项所述制备方法制备得到的金属基金刚石复合刀头，抗弯强度为1000～1200MPa，洛氏硬度为HRB95～105。
10.一种钻头，包括钻杆和焊接在所述钻杆上的刀头，所述刀头采用权利要求9所述的金属基金刚石复合刀头。
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