CN109128145B - 一种金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料及刀头的制备方法 - Google Patents

一种金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料及刀头的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料及刀头的制备方法。所述粉末冶金材料包括预合金粉、铜粉、锡粉和铁粉，所述预合金粉包括铜、铁、锡、镍和钴。采用所述粉末冶金材料制造的刀头合金具有较强的韧性。所述制造金刚石工程薄壁钻刀头的方法包括如下步骤：1)预备粉末冶金材料；2)混合经包覆预处理的金刚石粉与粉末冶金材料；3)冷压压制；4)烧结；5)压制成型。采用本发明所述的粉末冶金材料及使用该粉末冶金材料制造金刚石工程薄壁钻刀头的方法能够减少模具数量，增加金刚石工程薄壁钻的使用寿命和钻削速度，降低生产成本，提高刀头的生产效率。

Description

一种金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料及刀头的制备 方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术，具体涉及一种金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料及刀头的制备方法。
背景技术
粉末冶金技术是使用金属粉末或者金属粉末与非金属粉末的混合物作为原料，经过混合、压制成型、烧结等步骤，制造金属材料及其构件、复合材料及其构件等制品的工艺技术。采用粉末冶金技术可以有效减少产品中合金成分偏聚，可以制备具有优异电学、磁学、光学和力学性能的非平衡材料，可以容易地实现多种类型材料的符合，可以生产传统方法无法生产的具有特殊结构和性能的材料和制品，可以方便地进行材料再生和综合利用，还具备节能、省材、产品精度高、稳定好等一系列优点。目前，粉末冶金技术已经被广泛应用于汽车行业、装备制造业、冶金行业、航空航天、军事工业、仪器仪表、五金工具、电子等领域，已经成为一种制造业中极具发展潜力的技术领域。
金刚石工程薄壁钻，简称金刚石钻，具有结构简单、强度高、耐磨和抗冲击的特点，主要用于混凝土取样、建筑物钻孔打洞、混凝土墙体结构改造。金刚石工程薄壁钻主要由钻杆、刀头、接头组成，钻杆是中空筒状结构，刀头是由嵌有金刚石颗粒的刀头合金制成带有一定弧度的块状构件，然后焊接在钻杆顶端，是起切割作用的部分，其性能直接决定金刚石工程薄壁钻的钻取速度的快慢，使用寿命的长短。
金刚石工程薄壁钻刀头主要采用粉末冶金技术进行制造。首先将多种金属粉与一定粒度的金刚石颗粒共混合，然后将其倒入冷压模具中进行冷压，再进行烧结压制得到金刚石工程薄壁钻刀头。
目前，用于金刚石工程薄壁钻刀头的金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料制造出来的刀头合金的脆性较强，无法进行后续的压制成型。因此在冷压压制和热压烧结步骤，只能使用带有弧度的模具，用于不同直径规格的金刚石工程薄壁钻的刀头的弧度是不同的，所以生产不同规格的金刚石工程薄壁钻需要使用不同的模具，即冷压模具和热压烧结模具的通用性较差，且需要使用成本较高的石墨模具，从而增加了生产成本。此外，由于加压烧结步骤需要施加一定压力，使用能够施加一定压力的石墨模具，因此单次加压烧结只能得到数十个成品刀头，生产效率较低。
常规的金刚石工程薄壁钻在使用时，存在刀头磨损快，切削效果差的问题，发现刀头中的金刚石颗粒脱落，没有很好发挥金刚石颗粒的切削性能，其原因是刀头合金对金刚石的把持力较弱。采用激光烧结等手段可提高金刚石在刀头合金中的把持力，但其成本高，操作复杂。
综上所述，目前金刚石工程薄壁钻刀头的生产中存在刀头合金脆性强，模具通用性差，生产成本高，生产效率低，使用寿命短的不足，因此，需要发明一种金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料及刀头的制备方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料及刀头的制备方法，使用该金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料及刀头的制备方法，能够提高金刚石工程薄壁钻刀头的韧性，从而可以先将刀头制成不带弧度的规则形状，再进行压制成型，增加模具的通用性，不使用加压烧结模具，减少模具种类，降低生产成本，提高生产效率。
为解决上述技术问题，本发明提供一种金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料，所述金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料包括预合金粉、铜粉、锡粉和铁粉。
所述金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料按下列重量份的原料制成：预合金粉3 ~ 10份、铜粉20 ~ 40份、锡粉1 ~ 5份、铁粉45 ~ 70份。
所述预合金粉为雾化粉，采用现有技术的真空雾化法制成。
所述预合金粉按下列重量份的原料制成：铜30 ~ 50份、铁15 ~ 35份、锡5 ~ 20份、镍3 ~ 15份、钴10 ~ 30份。
所述预合金粉的粒度为100 ~ 400目，铜粉的粒度为100 ~ 400目，锡粉的粒度为100 ~ 400目，铁粉的粒度为100 ~ 400目。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种金刚石工程薄壁钻刀头，所述金刚石工程薄壁钻刀头包括如上所述金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料、经包覆预处理的金刚石粉，所述金刚石粉的粒度为25-70目。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种金刚石工程薄壁钻刀头制备方法，包括以下步骤：
步骤1）预备粉末冶金材料：按照如下重量份取预合金粉3 ~ 10份、铜粉20 ~ 40份、锡粉1 ~ 5份和铁粉45 ~ 70份，混合形成金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料；其中所述预合金粉包括以下重量份的原料：铜30 ~ 50份、铁15 ~ 35份、锡5 ~ 20份、镍3 ~ 15份、钴10 ~ 30份；
步骤2）混合金刚石粉与粉末冶金材料：将金刚石粉2 ~ 7份与步骤1）得到的粉末冶金材料93 ~ 98份混合制成混成料，所述金刚石粉包括经包覆预处理的金刚石粉，所述金刚石粉的粒度为25-70目；
步骤3）冷压压制：将步骤2）得到的混成料投入冷压模具中进行冷压压制，得到冷压压坯；
步骤4）烧结：将步骤3）得到的冷压压坯放入烧结设备中进行烧结，得到刀头预制品；
步骤5）压制成型：将步骤4）得到的刀头预制品放入成型模具中进行压制成型，得到金刚石工程薄壁钻刀头。
步骤1）所述金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料的混合使用三维混料机，在温度15 ~30 ℃，相对湿度小于30%的条件下进行混合，混合时间为1 ~ 3 h。混合过程中加入湿润剂，加入量为0.3 ~ 2 g/kg金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料。
所述湿润剂包括甘油、硬脂酸锌、异丙醇，按如下重量份配制：甘油39 ~ 45份、硬脂酸锌7 ~ 12份、异丙醇38 ~ 51份。
步骤2）所述金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料与金刚石的混合使用三维混料机，在温度15 ~30 ℃，相对湿度小于30%的条件下进行混合，混合时间为15 ~ 60 min。
所述金刚石粉的包覆方法如下（以包覆钴为例）：1）清洗，使用分析纯乙醇在室温下去除金刚石颗粒表面上污染物，保证表面的清洁；2）制取包覆剂，将市售造粒剂（例如WS-180等）、钴粉、乙醇、丙酮按照如下重量份进行混合：造粒剂0.5~2份、钴粉20~35份、乙醇29~41份、丙酮27~45份，在60~90℃，电机搅拌200转/min；3）包覆，将制取好的包覆剂与金刚石颗粒在包覆机中进行包覆，根据应用场景的不同，其包覆厚度在50~200μm之间；4）后处理，对包覆后的金刚石颗粒进行还原处理。
所述金刚石粉包覆的金属包括钴、镍、钛等与金刚石颗粒具有良好润湿角和能形成强碳化物元素的金属中的至少一种。
所述步骤3）冷压压制的温度为室温，冷压压制的压力为20 ~ 30 t/cm2。
所述步骤3）冷压压制的压力在2~10s内由常压升高到20 ~ 30 t/cm2，然后维持该压力1 ~ 5s。
所述步骤4）中烧结的温度为870 ~ 970 ℃，烧结的时间为3 ~ 6 h。
所述步骤4）烧结的温度在1~3 h内升高到870-970 ℃，维持该温度20~30 min，然后降低温度，在1~4 h内降低至室温。
所述步骤4）烧结是在氢气的气氛下进行烧结。
所述步骤4）的烧结是在现有技术的烧结设备中进行，所述烧结设备包括但不限于钟罩炉，隧道式连续烧结炉。
所述步骤4）烧结过程中，因无需再对刀头冷压压坯施加压力，所以不再使用与之相匹配的专用模具，仅需将刀头冷压压坯进行一定隔离，以防止烧结后相互粘连。
所述步骤5）中压制成型的温度为室温，压制成型的压力为2 ~ 3 t/cm2，维持该压力1 ~ 10 s。
所述步骤5）压制成型的压力在0.5 ~ 3 s内升高到2 ~ 3 t/cm2。
本发明提供的金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料采用较高压力进行冷压压制后，可得到高密度冷压压坯（即刀头毛坯），也就是说，可达到刀头生产的紧密度要求，因此在烧结过程中无需再对刀头毛坯施加压力，采用常规烧结后即可获得合格的刀头产品。
采用本发明提供的金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料经烧结制成的刀头预制品具有较强的韧性，对刀头预制品施加一定的外力，可发生可维持的形变，且不会因该形变而发生断裂，压制成型后的刀头内部也没有产生影响刀头强度的损伤。因其具有较强的韧性，不易发生脆性断裂，从而还延长了使用寿命。
本发明的效果
本发明的金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料及刀头的制备方法的好处是：①使用本发明的金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料制造的金刚石工程薄壁钻刀头具有较强的韧性，可以先将刀头制成不带弧度的规则形状，再进行压制成型，增加了模具的通用性，不使用热压烧结模具，从而大幅减少了模具种类，降低了生产成本；②烧结步骤为无压烧结，因此无需使用石墨热压模具，现仅需将刀头隔离以防止粘连即可，大幅减少或者不使用石墨模具，降低了生产成本；③单批烧结可得到数千个以上的成品刀头，现有技术的单批加压烧结只能得到数十个成品刀头，因此本发明的制备方法大幅提高了生产效率；④具有较强韧性的金刚石工程薄壁钻刀头，与传统刀头相比，使用寿命更长；⑤本发明的金刚石工程薄壁钻刀头具有较强的韧性，与传统刀头生产工艺相比，降低了冷压模具和烧结设备的精度要求，从而降低了生产成本；⑥对金刚石进行包覆处理，增加刀头合金对金刚石的把持力，提高了钻削速度和钻头的使用寿命，同时减少了刀头合金中贵金属的含量，降低了生产成本。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的技术方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限定。
实施例1
采用如下方法制造金刚石工程薄壁钻刀头：
步骤1）预备粉末冶金材料：按照如下重量份取预合金粉3份、铜粉40份、锡粉1份、铁粉56份混合形成金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料，其中所述预合金粉为雾化粉，包括如下重量份的原料：铜30份、铁35份、锡5份、镍15份、钴15份，所述预合金粉的粒度为100 ~ 200目，铜粉的粒度为100 ~ 200目，锡粉的粒度为100 ~ 200目，铁粉的粒度为100 ~200目；
步骤2）混合金刚石粉与粉末冶金材料：将金刚石粉4份与步骤1）得到的粉末冶金材料96份混合制成混成料，所述金刚石粉的粒度为25 ~ 30 目，采用三维混料机，混合温度为20 ℃，相对湿度小于20%，混合时间为15 min；
步骤3）冷压压制：将步骤2）得到的混成料投入规格为24 mm×10 mm×3.8 mm的长方体形的冷压模具中，在2 s内将压制压力由常压升高到20 t/cm2的压力，维持该压力进行冷压压制5 s，得到冷压压坯；
步骤4）烧结：将步骤3）得到的冷压压坯放入烧结设备中，在1 h内将温度升高到870 ℃，并维持该温度1h，然后在2 h内将温度降低到室温，得到刀头预制品，其大小为24mm×10 mm×3.6 mm；
步骤5）压制成型：将步骤4）得到的刀头预制品放入成型模具中进行压制成型，在2s内将压力升高到2 t/cm2，维持该压力压制3 s，得到金刚石工程薄壁钻刀头。
步骤1）的金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料混合条件如下：加入湿润剂，湿润剂的组分及重量份为甘油39份、硬脂酸锌10份、异丙醇51份，湿润剂的加入量为0.3 g/kg金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料，混合设备采用三维混料机，混合温度为15 ℃，相对湿度小于30%，混合时间为2 h。
所述步骤2）的金刚石粉为经包覆预处理的金刚石粉，包覆的金属为钴，包覆处理的方法如上文所述，包覆厚度为60 μm。
本批次得到金刚石工程薄壁钻成品刀头约3000个。
将得到的金刚石工程薄壁钻刀头焊接到钻杆的顶端，完成金刚石工程薄壁钻的制造。采用试钻块（标准c40水泥，厚度240 mm，4根18 mm钢筋）对得到的金刚石工程薄壁钻进行测试，其钻削速度达到3.5 min/孔，使用寿命达到80孔。
采用上述方法生产金刚石工程薄壁钻刀头，增加了冷压模具的通用性，减少了冷压模具的数量，不使用热压模具，生产成本相对于现有的金刚石工程薄壁钻降低了30%。
实施例2
采用如下方法制造金刚石工程薄壁钻刀头：
步骤1）预备粉末冶金材料：按照如下重量份取预合金粉10份、铜粉20份、锡粉5份、铁粉65份，混合形成金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料，其中所述预合金粉为雾化粉，包括以下重量份的原料：铜50份、铁15份、锡20份、镍3份、钴14份，所述预合金粉的粒度为200 ~ 300目，铜粉的粒度为200 ~ 300目，锡粉的粒度为200 ~ 300目，铁粉的粒度为200 ~300目；
步骤2）混合金刚石粉与粉末冶金材料：将金刚石粉3份与步骤1）得到的粉末冶金材料97份混合制成混成料，所述金刚石的粒度为30 ~ 40 目，采用三维混料机，混合温度为15 ℃，相对湿度小于30%，混合时间为40 min；
步骤3）冷压压制：将步骤2）得到的混成料投入规格为26 mm×10 mm×4.2 mm的长方体形的冷压模具中，在4 s内将压制压力由常压升高到22 t/cm2的压力，维持该压力进行冷压压制4 s，得到冷压压坯；
步骤4）烧结：将步骤3）得到的冷压压坯放入烧结设备中，在2 h内将温度升高到920 ℃，并维持该温度0.5 h，然后在2 h内将温度降低到室温，得到刀头预制品，其大小为26 mm×10 mm×4.0 mm；
步骤5）压制成型：将步骤4）得到的刀头预制品放入成型模具中进行压制成型，在3s内将压力升高到2.7 t/cm2，维持该压力压制2 s，得到金刚石工程薄壁钻刀头。
所述步骤1）的金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料混合条件如下：加入湿润剂，湿润剂的组分及重量份为甘油42份、硬脂酸锌9份、异丙醇49份，湿润剂的加入量为0.5g/kg金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料，混合设备采用三维混料机，混合温度为22℃，相对湿度小于20%，混合时间为3 h。
所述步骤2）的金刚石粉为经包覆预处理的金刚石粉，包覆的金属为钴，包覆处理的方法如上文所述，包覆厚度为50 μm。
本批次得到金刚石工程薄壁钻成品刀头约2900个。
将得到的金刚石工程薄壁钻刀头焊接到钻杆的顶端，完成金刚石工程薄壁钻的制造。采用试钻块（标准c40水泥，厚度240 mm，4根18 mm钢筋）对得到的金刚石工程薄壁钻进行测试，其钻削速度达到3.8 min/孔，使用寿命达到77孔。
采用上述方法生产金刚石工程薄壁钻刀头，增加了冷压模具的通用性，减少了冷压模具的数量，不使用热压模具，生产成本相对于现有的金刚石工程薄壁钻降低了36%。
实施例3
采用如下方法制造金刚石工程薄壁钻刀头：
步骤1）预备粉末冶金材料：按照如下重量份取预合金粉10份、铜粉40份、锡粉5份、铁粉45份，混合形成金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料，其中所述预合金粉为雾化粉，包括以下重量份的原料：铜40份、铁30份、锡10份、镍10份、钴10份，所述预合金粉的粒度为300 ~ 400目，铜粉的粒度为300 ~ 400目，锡粉的粒度为300 ~ 400目，铁粉的粒度为300 ~400目；
步骤2）混合金刚石粉与粉末冶金材料的：将金刚石粉4份与步骤1）得到的粉末冶金材料96份混合得到混成料，所述金刚石的粒度为35 ~ 40 目，采用三维混料机，混合温度为25 ℃，相对湿度小于10%，混合时间为50 min；
步骤3）冷压压制：将步骤2）得到的混成料投入规格为26 mm×10 mm×4.2 mm的长方体形的冷压模具中，在6 s内将压制压力由常压升高到25 t/cm2的压力，维持该压力进行冷压压制3 s，得到冷压压坯；
步骤4）烧结：将步骤3）得到的冷压压坯放入烧结设备中，在3 h内将温度升高到970 ℃，并维持该温度0.5 h，然后在2 h内将温度降低到室温，得到刀头预制品，其大小为26 mm×10 mm×4.0 mm；
步骤5）压制成型：将步骤4）得到的刀头预制品放入成型模具中进行压制成型，在2s内将压力升高到2.2 t/cm2，维持该压力压制1 s，得到金刚石工程薄壁钻刀头。
所述步骤1）的金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料混合条件如下：加入湿润剂，湿润剂的组分及重量份为甘油45份、硬脂酸锌7份、异丙醇48份，湿润剂的加入量为1.0g/kg金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料，混合设备采用三维混料机，混合温度为20℃，相对湿度小于10%，混合时间为1 h。
所述步骤2）的金刚石粉为经包覆预处理的金刚石粉，包覆的金属为镍，包覆处理的方法如上文所述，包覆厚度为80 μm。
本批次得到金刚石工程薄壁钻成品刀头约3600个。
将得到的金刚石工程薄壁钻刀头焊接到钻杆的顶端，完成金刚石工程薄壁钻的制造。采用试钻块（标准c40水泥，厚度240 mm，4根18 mm钢筋）对得到的金刚石工程薄壁钻进行测试，其钻削速度达到4.0 min/孔，使用寿命达到74孔。
采用上述方法生产金刚石工程薄壁钻刀头，增加了冷压模具的通用性，减少了冷压模具的数量，不使用热压模具，生产成本相对于现有的金刚石工程薄壁钻降低了33%。
实施例4
采用如下方法制造金刚石工程薄壁钻刀头：
步骤1）预备粉末冶金材料：按照如下重量份取预合金粉8份、铜粉20份、锡粉2份、铁粉70份，混合形成金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料，其中所述预合金粉为雾化粉，包括以下重量份的原料：铜33份、铁16份、锡15份、镍6份、钴30份，所述预合金粉的粒度为100 ~ 300目，铜粉的粒度为100 ~ 200目，锡粉的粒度为200 ~ 400目，铁粉的粒度为200 ~320目；
步骤2）混合金刚石粉与粉末冶金材料的：将金刚石粉5份与步骤1）得到的粉末冶金材料95份混合制成混成料，所述金刚石的粒度为40 ~ 50 目，采用三维混料机，混合温度为30 ℃，相对湿度小于20%，混合时间为60 min；
步骤3）冷压压制：将步骤2）得到的混成料投入规格为22 mm×10 mm×3.6 mm的长方体形的冷压模具中，在8 s内将压制压力由常压升高到28 t/cm2的压力，维持该压力进行冷压压制2 s，得到冷压压坯；
步骤4）烧结：将步骤3）得到的冷压压坯放入烧结设备中，在3 h内将温度升高到890 ℃，并维持该温度1.5 h，然后在1 h内将温度降低到室温，得到刀头预制品，其大小为22 mm×10 mm×3.4 mm；
步骤5）压制成型：将步骤4）得到的刀头预制品放入成型模具中进行压制成型，在3s内将压力升高到3.0 t/cm2，维持该压力压制0.5 s，得到金刚石工程薄壁钻刀头。
所述步骤1）的金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料混合条件如下：加入湿润剂，湿润剂的组分及重量份为甘油40份、硬脂酸锌12份、异丙醇48份，湿润剂的加入量为1.6g/kg金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料，混合设备采用三维混料机，混合温度为26℃，相对湿度小于30%，混合时间为2 h。
所述步骤2）的金刚石粉为经包覆预处理的金刚石粉，包覆的金属为钛，包覆处理的方法如上文所述，包覆厚度为120 μm。
本批次得到金刚石工程薄壁钻成品刀头约4000个。
将得到的金刚石工程薄壁钻刀头焊接到钻杆的顶端，完成金刚石工程薄壁钻的制造。采用试钻块（标准c40水泥，厚度240 mm，4根18 mm钢筋）对得到的金刚石工程薄壁钻进行测试，其钻削速度达到4.2 min/孔，使用寿命达到72孔。
采用上述方法生产金刚石工程薄壁钻刀头，增加了冷压模具的通用性，减少了冷压模具的数量，不使用热压模具，生产成本相对于现有的金刚石工程薄壁钻降低了38%。
实施例5
采用如下方法制造金刚石工程薄壁钻刀头：
步骤1）预备粉末冶金材料：按照如下重量份取预合金粉5份、铜粉30份、锡粉3份、铁粉62份，混合形成金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料，其中所述预合金粉为雾化粉，包括以下重量份的原料：铜45份、铁20份、锡8份、镍7份、钴20份，所述预合金粉的粒度为200~ 300目，铜粉的粒度为200 ~ 280目，锡粉的粒度为100 ~ 230目，铁粉的粒度为100 ~ 220目；
步骤2）混合金刚石粉与粉末冶金材料：将金刚石粉6份与步骤1）得到的粉末冶金材料94份混合制成混成料，所述金刚石的粒度为45 ~ 55 目，采用三维混料机，混合温度为20 ℃，相对湿度小于30%，混合时间为30 min；
步骤3）冷压压制：将步骤2）得到的混成料投入规格为22 mm×10 mm×3.6 mm的长方体形的冷压模具中，在10 s内将压制压力由常压升高到30 t/cm2的压力，维持该压力进行冷压压制1 s，得到冷压压坯；
步骤4）烧结：将步骤3）得到的冷压压坯放入烧结设备中，在2.8 h内将温度升高到940 ℃，并维持该温度0.7 h，然后在1.6 h内将温度降低到室温，得到刀头预制品，其大小为22 mm×10 mm×3.4 mm；
步骤5）压制成型：将步骤4）得到的刀头预制品放入成型模具中进行压制成型，在3s内将压力升高到2.5 t/cm2，维持该压力压制2.5 s，得到金刚石工程薄壁钻刀头。
所述步骤1）的金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料混合条件如下：加入湿润剂，湿润剂的组分及重量份为甘油45份、硬脂酸锌12份、异丙醇43份，湿润剂的加入量为2.0g/kg金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料，混合设备采用三维混料机，混合温度为26℃，相对湿度小于30%，混合时间为2 h。
所述步骤2）的金刚石粉为经包覆预处理的金刚石粉，包覆的金属为钴，包覆处理的方法如上文所述，包覆厚度为150 μm。
本批次得到金刚石工程薄壁钻成品刀头约2200个。
将得到的金刚石工程薄壁钻刀头焊接到钻杆的顶端，完成金刚石工程薄壁钻的制造。采用试钻块（标准c40水泥，厚度240 mm，4根18 mm钢筋）对得到的金刚石工程薄壁钻进行测试，其钻削速度达到4.5 min/孔，使用寿命达到70孔。
采用上述方法生产金刚石工程薄壁钻刀头，增加了冷压模具的通用性，减少了冷压模具的数量，不使用热压模具，生产成本相对于现有的金刚石工程薄壁钻降低了40%。
实施例6
采用如下方法制造金刚石工程薄壁钻刀头：
步骤1）预备粉末冶金材料：按照如下重量份取预合金粉7份、铜粉35份、锡粉4份、铁粉54份，混合形成金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料，其中所述预合金粉为雾化粉，包括以下重量份的原料：铜35份、铁25份、锡12份、镍3份、钴25份，所述预合金粉的粒度为100 ~ 150目，铜粉的粒度为200 ~ 300目，锡粉的粒度为300 ~ 350目，铁粉的粒度为160 ~280目；
步骤2）混合金刚石粉与粉末冶金材料的：将金刚石粉7份与步骤1）得到的粉末冶金材料93份混合制成混成料，所述金刚石的粒度为55 ~ 65 目，采用三维混料机，混合温度为18 ℃，相对湿度小于30%，混合时间为40 min；
步骤3）冷压压制：将步骤2）得到的混成料投入规格为26 mm×10 mm×4.2 mm的长方体形的冷压模具中，在6 s内将压制压力由常压升高到30 t/cm2的压力，维持该压力进行冷压压制4 s，得到冷压压坯；
步骤4）烧结：将步骤3）得到的冷压压坯放入烧结设备中，在4.1 h内将温度升高到960 ℃，并维持该温度0.9 h，然后在1 h内将温度降低到室温，得到刀头预制品，其大小为26 mm×10 mm×4.0 mm；
步骤5）压制成型：将步骤4）得到的刀头预制品放入成型模具中进行压制成型，在2s内将压力升高到2.7 t/cm2，维持该压力压制1.5 s，得到金刚石工程薄壁钻刀头。
所述步骤1）的金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料混合条件如下：加入湿润剂，湿润剂的组分及重量份为甘油45份、硬脂酸锌12份、异丙醇38份，湿润剂的加入量为1.2g/kg金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料，混合设备采用三维混料机，混合温度为30℃，相对湿度小于20%，混合时间为2 h。
所述步骤2）的金刚石粉为经包覆预处理的金刚石粉，包覆的金属为镍，包覆处理的方法如上文所述，包覆厚度为180 μm。
本批次得到金刚石工程薄壁钻成品刀头约3800个。
将得到的金刚石工程薄壁钻刀头焊接到钻杆的顶端，完成金刚石工程薄壁钻的制造。采用试钻块（标准c40水泥，厚度240 mm，4根18 mm钢筋）对得到的金刚石工程薄壁钻进行测试，其钻削速度达到3.5 min/孔，使用寿命达到80孔。
采用上述方法生产金刚石工程薄壁钻刀头，增加了冷压模具的通用性，减少了冷压模具的数量，不使用热压模具，生产成本相对于现有的金刚石工程薄壁钻降低了40%。
实施例7
采用如下方法制造金刚石工程薄壁钻刀头：
步骤1）预备粉末冶金材料：按照如下重量份取预合金粉9份、铜粉25份、锡粉5份、铁粉61份，混合形成金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料，其中所述预合金粉为雾化粉，包括以下重量份的原料：铜42、铁18、锡18、镍12、钴10，所述预合金粉的粒度为100 ~ 200目，铜粉的粒度为100 ~ 220目，锡粉的粒度为200 ~ 240目，铁粉的粒度为160 ~ 260目；
步骤2）混合金刚石粉与粉末冶金材料：将金刚石粉7份与步骤1）得到的粉末冶金材料93份混合制成混成料，所述金刚石的粒度为60 ~ 70 目，采用三维混料机，混合温度为28 ℃，相对湿度小于20%，混合时间为50 min；
步骤3）冷压压制：将步骤2）得到的混成料投入规格为26 mm×10 mm×4.2 mm的长方体形的冷压模具中，在8 s内将压制压力由常压升高到20 t/cm2的压力，维持该压力进行冷压压制3 s，得到冷压压坯；
步骤4）烧结：将步骤3）得到的冷压压坯放入烧结设备中，在2.2 h内将温度升高到900 ℃，并维持该温度1.2 h，然后在1.8 h内将温度降低到室温，得到刀头预制品，其大小为26 mm×10 mm×4.0 mm；
步骤5）压制成型：将步骤4）得到的刀头预制品放入成型模具中进行压制成型，在3s内将压力升高到2.0 t/cm2，维持该压力压制2 s，得到金刚石工程薄壁钻刀头。
所述步骤1）的金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料混合条件如下：加入湿润剂，湿润剂的组分及重量份为甘油40份、硬脂酸锌12份、异丙醇48份，湿润剂的加入量为1.4g/kg金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料，混合设备采用三维混料机，混合温度为17℃，相对湿度小于20%，混合时间为3 h。
所述步骤2）的金刚石粉为经包覆预处理的金刚石粉，包覆的金属为钛，包覆处理的方法如上文所述，包覆厚度为200 μm。
本批次得到金刚石工程薄壁钻成品刀头约3400个。
将得到的金刚石工程薄壁钻刀头焊接到钻杆的顶端，完成金刚石工程薄壁钻的制造。采用试钻块（标准c40水泥，厚度240 mm，4根18 mm钢筋）对得到的金刚石工程薄壁钻进行测试，其钻削速度达到4.5 min/孔，使用寿命达到70孔。
采用上述方法生产金刚石工程薄壁钻刀头，增加了冷压模具的通用性，减少了冷压模具的数量，不使用热压模具，生产成本相对于现有的金刚石工程薄壁钻降低了30%。
实施例8
采用如下方法制造金刚石工程薄壁钻刀头：
步骤1）预备粉末冶金材料：按照如下重量份取预合金粉10份、铜粉20份、锡粉5份、铁粉65份，混合形成金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料，其中所述预合金粉为雾化粉，包括以下重量份的原料：铜42份、铁18份、锡18份、镍12份、钴10份，所述预合金粉的粒度为100 ~ 200目，铜粉的粒度为100 ~ 220目，锡粉的粒度为200 ~ 240目，铁粉的粒度为160 ~260目；
步骤2）混合金刚石粉与粉末冶金材料：将金刚石粉6份与步骤1）得到的粉末冶金材料94份混合制成混成料，所述金刚石的粒度为60 ~ 70 目，采用三维混料机，混合温度为30 ℃，相对湿度小于30%，混合时间为20 min；
步骤3）冷压压制：将步骤2）得到的混成料投入规格为26 mm×10 mm×4.2 mm的长方体形的冷压模具中，在6 s内将压制压力由常压升高到23 t/cm2的压力，维持该压力进行冷压压制3 s，得到冷压压坯；
步骤4）烧结：将步骤3）得到的冷压压坯放入烧结设备中，在2.1 h内将温度升高到910 ℃，并维持该温度1.4 h，然后在2 h内将温度降低到室温，得到刀头预制品，其大小为26 mm×10 mm×4.0 mm；
步骤5）压制成型：将步骤4）得到的刀头预制品放入成型模具中进行压制成型，在3s内将压力升高到3.0 t/cm2，维持该压力压制1 s，得到金刚石工程薄壁钻刀头。
所述步骤1）的金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料混合条件如下：加入湿润剂，湿润剂的组分及重量份为甘油40份、硬脂酸锌12份、异丙醇48份，湿润剂的加入量为1.4g/kg金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料，混合设备采用三维混料机，混合温度为17℃，相对湿度小于20%，混合时间为3 h。
所述步骤2）的金刚石粉为经包覆预处理的金刚石粉，包覆的金属为钛，包覆处理的方法如上文所述，包覆厚度为110 μm。
本批次得到金刚石工程薄壁钻成品刀头约3100个。
将得到的金刚石工程薄壁钻刀头焊接到钻杆的顶端，完成金刚石工程薄壁钻的制造。采用试钻块（标准c40水泥，厚度240 mm，4根18 mm钢筋）对得到的金刚石工程薄壁钻进行测试，其钻削速度达到3.5 min/孔，使用寿命达到79孔。
采用上述方法生产金刚石工程薄壁钻刀头，增加了冷压模具的通用性，减少了冷压模具的数量，不使用热压模具，生产成本相对于现有的金刚石工程薄壁钻降低了38%。
对比例1
采用现有技术的方法制造金刚石工程薄壁钻刀头：
步骤1）预备粉末冶金材料：按照下列重量份配制金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料：铜27份、锡25份、铁22份、镍2份、预合金47份，其中预合金由下列重量份的金属组成：铁69份、钴16份、铜15份，将上述物料放入混料桶混合30 min，得到金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料；
步骤2）混合金刚石与粉末冶金材料：将上述步骤1）得到的金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料与金刚石混合，金刚石与金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料的重量比为4:100，将上述物料中加入湿润剂（湿润剂的组分及重量份为甘油40份、硬脂酸锌10份、异丙醇50份），加入量为2.2 g/kg金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料，放入混料桶混合2~ 3 h；
步骤3）冷压压制：将上述步骤2）得到的混合物料放入带有弧度的冷压模具中，冷压压制压力为5 t/cm2，压制时间为5 min，得到刀头冷压压坯；
步骤4）热压烧结：将步骤3）得到的刀头冷压压坯放入带弧度的石墨热压烧结模具，一同放入热压烧结机中在温度850℃、压力5 t/cm2的条件下，进行烧结，烧结时间为9min。
本批次得到金刚石工程薄壁钻成品刀头约30个。
将得到的金刚石工程薄壁钻刀头焊接到钻杆的顶端，完成现有技术的金刚石工程薄壁钻的制造。采用试钻块（标准c40水泥，厚度240 mm，4根18 mm钢筋）对得到的金刚石工程薄壁钻进行测试，其钻削速度达到5 min/孔，使用寿命达到50孔。
对比例2
采用现有技术的方法制造金刚石工程薄壁钻刀头：
步骤1）预备粉末冶金材料：按照下列重量份配制金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料：铜26份、锡26份、铁24份、镍3份、预合金50份，其中预合金由下列重量份的金属组成：铁68份、钴18份、铜16份，将上述物料放入混料桶混合30 min，得到金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料；
步骤2）混合金刚石与粉末冶金材料的：将上述步骤1）得到的金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料与金刚石混合，金刚石与金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料的重量比为5:100，将上述物料中加入湿润剂（湿润剂的组分及重量份为甘油40份、硬脂酸锌10份、异丙醇50份），加入量为2.0 g/kg金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料，放入混料桶混合2 ~ 3 h；
步骤3）冷压压制：将上述步骤2）得到的混合物料放入带有弧度的冷压模具中，冷压压制压力为6 t/cm2，压制时间为4 min，得到刀头冷压压坯；
步骤4）热压烧结：将步骤3）得到的刀头冷压压坯放入带弧度的热压烧结模具，一同放入热压烧结机中在温度860℃、压力4 t/cm2的条件下，进行烧结，烧结时间为15 min。
本批次得到金刚石工程薄壁钻成品刀头约28个。
将得到的金刚石工程薄壁钻刀头焊接到钻杆的顶端，完成现有技术的金刚石工程薄壁钻的制造。采用试钻块（标准c40水泥，厚度240 mm，4根18 mm钢筋）对得到的金刚石工程薄壁钻进行测试，其钻削速度达到7 min/孔，使用寿命达到48孔。
综上所述，与现有的工艺相比，采用本发明的金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料及金刚石工程薄壁钻刀头制备方法制造金刚石工程薄壁钻刀头，减少了冷压模具的数量，不使用热压烧结模具，使金刚石工程薄壁钻的使用寿命增加40% ~ 60%，并使其钻削速度提高了30% ~ 100%，生产成本降低了30%以上，刀头的生产效率提高10倍。

Claims (8)

1.一种金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料，其特征在于，包括：预合金粉、铜粉、锡粉和铁粉；
所述金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料按下列重量份的原料制成：预合金粉3～10份、铜粉20～40份、锡粉1～5份、铁粉45～70份；
所述预合金粉为雾化粉；
所述预合金粉按下列重量份的原料制成：铜30～50份、铁15～35份、锡5～20份、镍3～15份、钴10～30份。
2.根据权利要求1所述的金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料，其特征在于，所述预合金粉的粒度为100～400目，铜粉的粒度为100～400目，锡粉的粒度为100～400目，铁粉的粒度为100～400目。
3.一种金刚石工程薄壁钻刀头，其特征在于，所述金刚石工程薄壁钻刀头包括权利要求1至2任一项所述金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料、经包覆预处理的金刚石粉，所述金刚石粉的粒度为25-70目。
4.一种金刚石工程薄壁钻刀头制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)预备粉末冶金材料：按照如下重量份取预合金粉3～10份、铜粉20～40份、锡粉1～5份和铁粉45～70份，在相对湿度小于30％的条件下，混合形成金刚石工程薄壁钻刀头用粉末冶金材料，其中所述预合金粉包括以下重量份的原料：铜30～50份、铁15～35份、锡5～20份、镍3～15份、钴10～30份；
步骤2)混合金刚石粉与粉末冶金材料：将金刚石粉2～7份与步骤1)得到的粉末冶金材料93～98份混合制成混成料，所述金刚石粉包括经包覆预处理的金刚石粉，所述金刚石粉的粒度为25-70目；
步骤3)冷压压制：将步骤2)得到的混成料投入冷压模具中进行冷压压制，得到冷压压坯；
步骤4)烧结：将步骤3)得到的冷压压坯放入烧结设备中进行烧结，得到刀头预制品；
步骤5)压制成型：将步骤4)得到的刀头预制品放入成型模具中进行压制成型，得到金刚石工程薄壁钻刀头。
5.根据权利要求4所述金刚石工程薄壁钻刀头制备方法，其特征在于，所述步骤3)中冷压压制的压力为20～30t/cm2，冷压压制的时间为1～5s。
6.根据权利要求4所述金刚石工程薄壁钻刀头制备方法，其特征在于，所述步骤4)中烧结的温度为870～970℃，烧结的时间为3～6h。
7.根据权利要求4所述金刚石工程薄壁钻刀头制备方法，其特征在于，所述步骤4)烧结是在氢气气氛下进行烧结。
8.根据权利要求4所述金刚石工程薄壁钻刀头制备方法，其特征在于，所述步骤5)中压制成型的压力为2～3t/cm2，压制成型的时间为0.5～3.0s。
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