CN1096725A - 金刚石堆焊焊条 - Google Patents

Abstract

一种可经济、方便、迅速地将金刚石颗粒牢固地 结合于刀具基体上的金刚石堆焊焊条，由金刚石颗 粒、金属粉末和骨架材料粉末混合均匀后，填充于薄 壁金属管内制成。用于制作锯片、钻头、截齿之类的 超硬切削刀具。

Description

本发明涉及一种新颖的、用于方便、经济地生产超硬磨削或切削刀具的金刚石堆焊焊条。本发明同时也包括应用这种堆焊焊条所生产的刀具。

金刚石由于具有极高的硬度和耐磨性，被广泛地用作采矿、石材加工、石油和地质勘探等领域的磨削材料，其典型的应用对象包括例如钻头、锯片和截齿。目前，全世界在该领域中金刚石的消耗量正以每年10%的速度递增。

用于这一用途的金刚石多呈细小颗粒状，它们只有通过适当的方法镶嵌到合适的基体里，并牢固地粘附于刀体刀杆或刀座上才能作为工具使用。现行的粘固方法大致有以下三种。第一种是利用复合电镀或复合化学镀的方法。第二种是将金刚石颗粒与做为粘结剂的Cu、Sn、Ag、Ni等金属粉末和骨架材料如WC、TiC粉末混合，压制成形后烧结，做成刀片，再钎焊到刀体上。第三种是将金刚石颗粒与树脂粉末共混后成形固化。其中，第三种方法仅能用于制做砂轮。前两种方法虽能部分满足实用的要求，但是，由于金刚石颗粒表面共价键的饱合性，使它与众多金属材料的润湿性和粘结力都很差。而且，第一种方法还存在对刀体材料表面质量要求严格、镀层金属种类有限、生产效率低、对环境有污染、大型刀具施镀困难以及镀层寿命短等缺陷。第二种方法则存在高温烧结易引发金刚石石墨化、粘接媒体金属强度低、使用中金刚石颗粒受力易脱落、浪费严重以及工序多、成本高等缺陷。针对以上工艺中金刚石颗粒与支持基体结合力差的问题，人们又进一步开发了金刚石表面金属化工艺，即通过适当的方法将金刚石颗粒用金属包覆起来，如专利号为3650714和3757879的美国专利所叙述的那样。然后，再以这种金属化的金刚石为原料，按照前述工艺进行镶嵌。如此操作虽能使金刚石与基体的结合强度获得提高，但对改善上面所述的其它工艺缺陷并无帮助。

本发明的目的正是在于提供一种用于经济、方便地将金刚石颗粒牢固而迅速地结合于刀具基体上的金刚石堆焊焊条。

本发明的任务是以如下方式完成的：首先将表面经过金属化处理的金刚石颗粒置于真空或惰性气氛，如Ar或N₂中进行短时处理，例如处理10-90分钟，处理温度为350-1100℃，最好是500-900℃，以使金刚石表面的金属化层具有更好的结合力与保护性。这里所说的金属化处理方法是指气相沉积，化学镀或粘附烧结，包覆层金属为Ti、W、Ni、Cu及其合金，可以是单层，也可以是多层，最好是双层，例如第一层为W，第二层为Ni，其总厚度为2-50微米，最好为5-20微米。这样处理后的金刚石颗粒与金属粉末，如Ni、Fe、Co及其合金或不锈钢粉末，以及WC、TiC、Al₂O₃粉末等，按金刚石含量为4-30%（重量百分比）的比例混合均匀，填充到金属管内。金属管的材料为碳钢、不锈钢、合金钢以及Ni、Co、Cu及其合金，外径为3-10毫米，壁厚为0.15-1.2毫米。然后，将金属管两端封闭，其中一端的封口较长，以便于焊钳夹持。金属管外还可以敷以药皮，其成分是在通用的酸性或碱性药皮中再加入1-25%的石墨粉、铝粉及水玻璃，也可以只由石墨粉和水玻璃等混合而成。该成分可避免金刚石在焊接过程中被氧化或发生石墨化。

本发明的焊条，对各种刀体材料，如碳钢、低合金钢、不锈钢、铸钢等均可进行表面堆焊，并且可在交、直流弧焊机上通用。同时，与以往镶嵌金刚石颗粒的办法相比，此处由于焊接过程，使金刚石、堆焊层与刀架基体之间呈冶金结合状态，因此，结合异常牢固，从而使刀具寿命延长。加之使用焊接方法，灵活简便，可在刀具关键部位任意堆焊所需的形状与厚度，能够更加有效地利用价格昂贵的金刚石。使用本发明的焊条，还可以在工作现场随时对已磨损的刀具进行修补，而不必拆卸刀体，因此不仅降低了生产成本，而且大大提高了生产效率。

本发明的焊条，可用于制做油井或矿井掘进用截齿、钻头、石材加工用锯片等。

下面通过实施例对本发明的内容做进一步的说明。

实施例1

将表面镀有W和Ni的型号为JR4、粒度为40/50目的金刚石颗粒，在N₂气氛中750℃下处理约30分钟。其表面金属化的方法是先用流化床CVD法镀覆一层约2μm厚的W，再用化学镀方法沉积一层约10μm厚的Ni。将经过上述处理的金刚石颗粒按10%（重量百分比）的含量加入由2∶1的不锈钢粉末与WC粉末组成的混合物中，充分混合均匀，填入直径为5mm、壁厚为0.3mm、长约250mm的不锈钢管中，封闭两端，其中，一端封口较长，约70mm。然后，在管外敷以加有约5%石墨粉的普通酸性药皮，制成本发明所说的金刚石堆焊焊条。

用这种焊条堆焊在常规的700mm碳钢锯片的锯齿部位，制成切割大理石用的金刚石锯片。与以往的钎焊金刚石陶瓷刀片锯片相比，其使用性能完全相同，但制造工艺大为简化，且寿命提高约20%。

实施例2

使用由实施例1所述之方法生产的金刚石焊条，修复已被磨损的大理石锯片。在工作现场不必拆卸锯片，仅用钢丝刷简单清理锯齿部位后，即可立即堆焊金刚石焊条，在短时间内完成整个锯片的修复工作。修复后的锯片同新锯片相比，具有相同的使用性能和寿命，但修复成本和由停产所造成的损失大为降低，经济效益显著。

Claims (7)

1、一种金刚石堆焊焊条，其特征在于，它由金刚石颗粒、金属粉末和骨架材料粉末混合均匀后，填充于薄壁金属管内制成，所述金刚石颗粒表面镀覆有一层或多层选自Ti、W、Ni、Cu及其合金之类的金属，所述金属粉末从包括Ni、Fe、Co及其合金和不锈钢这一类金属中选用，所述骨架材料粉末从WC、TiC、Al₂O₃之类的化合物中选用，所述金属管选自碳钢、不锈钢、合金钢以及Ni、Co、Cu及其合金之类的金属。

2、根据权利要求1所述的金刚石堆焊焊条，其特征在于，其中所述的金刚石颗粒表面镀覆两层金属，第一层为W，第二层为Ni，总厚度为2-50微米。

3、根据权利要求1和2所述的金刚石堆焊焊条，其特征在于，其中所述的金刚石颗粒在真空或惰性气氛如Ar或N₂中，350-1100℃温度范围内，处理10-90分钟。

4、根据权利要求1所述的金刚石堆焊焊条，其特征在于，其中所述的金刚石颗粒含量为4-30%（重量百分比）。

5、根据权利要求1所述的金刚石堆焊焊条，其特征在于，其中所述的金属管外径为3-10毫米，壁厚为0.15-1.2毫米。

6、一种由权利要求1至5中任一项所述的金刚石堆焊焊条生产的刀具，其特征在于，通过在刀具工作表面堆焊所述的焊条，将金刚石颗粒牢固结合于刀身。

7、根据权利要求6所述的刀具，其特征在于，刀具为锯片、钻头、截齿之类的磨削或切削刀具。