CN112410599A - 一种高熵合金胎体金刚石刀头的制备方法 - Google Patents

一种高熵合金胎体金刚石刀头的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高熵合金胎体金刚石刀头的制备方法，包括以下步骤：步骤1、将Cu粉、Sn粉、Cr粉、Ti粉和Fe粉混合后，采用机械合金化法，制成高熵预合金粉末，所述高熵预合金粉末中Cu粉、Sn粉、Cr粉、Ti粉和Fe粉的原子分数范围均为5％‑35％；步骤2、将金刚石、高熵预合金粉末、耐磨辅料和改善剂加入三维混料机内，混合搅拌30‑60分钟，搅拌完成后得到粉末料；步骤3、将粉末料装入石墨模具中，置于真空热压机内进行热压烧结成型，得到金刚石刀头。本发明所制得的刀头胎体材料的微观结构具备高熵合金特点，即严重的晶格畸变、原子迟缓扩散效应、及鸡尾酒效应，胎体性能得到很大优化，表面显微硬度高，耐蚀性良好，抗拉强度高。

Description

一种高熵合金胎体金刚石刀头的制备方法
技术领域
本发明涉及金刚石工具技术领域，具体的讲是一种高熵合金胎体金刚石刀头的制备方法。
背景技术
现有金刚石刀头胎体材料种类繁多，绝大多数都是采用多种单质金属粉未，或部分基础性预合金粉未，按照一定的配比进行混合使用。所用的金属粉末主要有Cu粉、Sn粉、Ni粉、Fe粉、Zn粉、Ti粉、Cr粉、Co粉、WC粉，所使用的预合金粉末有Cu-Fe合金、Cu-Sn合金、Cu-Zn合金粉未，其他三元或四元预合金粉末。所用的各种粉末按照一定的配比称量，经过三维混料机充分混合后，加入一定浓度的金刚石，搅拌均匀，然后放入热压烧结机中，高温高压烧结成金刚石刀头。由于该工艺方法难以实现粉末材料的完全均匀混合，特别是微观形态上的混合均匀，与金刚石颗粒接触的各种单质金属粉末对金刚石的浸润性和把持力存在巨大差异，以及整个模具内的热压烧结受热均匀度不足，常常导致金刚石刀头质量不稳定，或钻切不锋利，或不够耐磨，或掉粒严重。在传统的金刚石刀头制备过程中，Co粉是常用金属，主要原因是Co对金刚石有很好的包裹效果，使用表面镀钛金刚石时，Ti在热压烧结过程中与Co能形成合金，有效提高胎体对金刚石的包裹效果，大大提高了生产过程中产品质量的稳定性。但金属Co为稀缺资源，特别是我国的Co资源贫乏，因此少Co或无Co金刚石刀头也在业界形成共识。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种高熵合金胎体金刚石刀头的制备方法，本发明以高熵合金设计原理进行胎体材料的整体设计，由定量的Cu、Sn、Ti、Cr、Fe五种金属组成，胎体性能得到优化，制成的金刚石刀头具备高熵合金的特点。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种高熵合金胎体金刚石刀头的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将Cu粉、Sn粉、Cr粉、Ti粉和Fe粉混合后，采用机械合金化法，制成高熵预合金粉末，所述高熵预合金粉末中Cu粉、Sn粉、Cr粉、Ti粉和Fe粉的原子分数范围均为5％-35％；
步骤2、将金刚石、高熵预合金粉末、耐磨辅料和改善剂加入三维混料机内，混合搅拌30-60分钟，搅拌完成后得到粉末料；
步骤3、将粉末料装入石墨模具中，置于真空热压机内进行热压烧结成型，热压温度为850-900℃，压力240KN，保温保压2-3分钟，得到金刚石刀头。
进一步的，步骤2中，所述高熵合金粉末的粉末粒度为300目，所述耐磨辅料的粉末粒度为250目。
进一步的，步骤2中，所述金刚石为镀钛金刚石。
进一步的，步骤2中，所述金刚石由三种不同粒度的金刚石颗粒组成，包括粒度为(40/45)、(45/50)和(50/60)的金刚石颗粒，其中(40/45)、(45/50)和(50/60)的金刚石颗粒的质量比为1:2：1。
进一步的，步骤2中，所述改善剂由碳黑和钛粉混合制成，其中碳黑和钛粉的质量比为1:1-1:0.5。
进一步的，步骤2中，所述金刚石、高熵预合金粉末、耐磨辅料和改善剂的质量份数分别为40-50、20-30、1-20和0.1-1。
本发明采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：
本发明所制得的刀头胎体材料的微观结构具备高熵合金特点，即严重的晶格畸变、原子迟缓扩散效应、及鸡尾酒效应，胎体性能得到很大优化，表面显微硬度最高为950HV，耐蚀性良好，抗拉强度最高可超过3000MPa；胎体与金刚石颗粒和碳化钨粉粒的浸润性良好，对金刚石颗粒的把持力明显高于传统单质金属粉未或多种金属混合粉未胎体，金刚石的利用率、金刚石锯片的锋利度和耐磨度均有效提高；本发明中的预合金粉末摒弃了传统技术所必需的Co元素，有效地节约了稀缺资源，减低了生产成本。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种高熵合金胎体金刚石刀头的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将Cu粉、Sn粉、Cr粉、Ti粉和Fe粉混合后，采用机械合金化法，制成高熵预合金粉末，所述高熵预合金粉末中Cu粉、Sn粉、Cr粉、Ti粉和Fe粉的原子分数范围均为5％-35％；
步骤2、将金刚石、高熵预合金粉末、耐磨辅料和改善剂加入三维混料机内，混合搅拌30-60分钟，搅拌完成后得到粉末料；
步骤3、将粉末料装入石墨模具中，置于真空热压机内进行热压烧结成型，热压温度为850-900℃，压力240KN，保温保压2-3分钟，得到金刚石刀头。
作为一种实施方式，步骤2中，所述高熵合金粉末的粉末粒度为300目，所述耐磨辅料的粉末粒度为250目，所述耐磨辅料为碳化钨。
作为一种实施方式，步骤2中，所述金刚石为镀钛金刚石。
作为一种实施方式，步骤2中，所述金刚石由三种不同粒度的金刚石颗粒组成，包括粒度为(40/45)、(45/50)和(50/60)的金刚石颗粒，其中(40/45)、(45/50)和(50/60)的金刚石颗粒的质量比为1:2：1。
作为一种实施方式，步骤2中，所述改善剂由碳黑和钛粉混合制成，其中碳黑和钛粉的质量比为1:1-1:0.5。
作为一种实施方式，步骤2中，所述金刚石、高熵预合金粉末、耐磨辅料和改善剂的质量份数分别为40-50、20-30、1-20和0.1-1。
实施例1，一种高熵合金胎体金刚石刀头的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将Cu粉、Sn粉、Cr粉、Ti粉和Fe粉混合后，采用机械合金化法，制成高熵预合金粉末，在本实施例中所述Cu粉、Sn粉、Cr粉、Ti粉和Fe粉的原子分数分别为20％、20％、20％、20％和20％；
步骤2、将40质量份的镀钛金刚石、25质量份的高熵预合金粉末、10质量份数的耐磨辅料和0.1质量份的改善剂加入三维混料机内，混合搅拌60分钟，搅拌完成后得到粉末料；
步骤3、将粉末料装入石墨模具中，置于真空热压机内进行热压烧结成型，热压温度为850℃，压力240KN，保温保压2分钟，得到金刚石刀头。
实施例2，一种高熵合金胎体金刚石刀头的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将Cu粉、Sn粉、Cr粉、Ti粉和Fe粉混合后，采用机械合金化法，制成高熵合金粉末，在本实施例中所述Cu粉、Sn粉、Cr粉、Ti粉和Fe粉的原子分数分别为30％、20％、10％、10％和30％；
步骤2、将50质量份的金刚石、30质量份的高熵预合金粉末、20质量份数的耐磨辅料和1质量份的改善剂加入三维混料机内，混合搅拌60分钟，搅拌完成后得到粉末料；
步骤3、将粉末料装入石墨模具中，置于真空热压机内进行热压烧结成型，热压温度为900℃，压力240KN，保温保压3分钟，得到金刚石刀头。
以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高熵合金胎体金刚石刀头的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将Cu粉、Sn粉、Cr粉、Ti粉和Fe粉混合后，采用机械合金化法，制成高熵预合金粉末，所述高熵预合金粉末中Cu粉、Sn粉、Cr粉、Ti粉和Fe粉的原子分数范围均为5％-35％；
步骤2、将金刚石、高熵预合金粉末、耐磨辅料和改善剂加入三维混料机内，混合搅拌30-60分钟，搅拌完成后得到粉末料；
步骤3、将粉末料装入石墨模具中，置于真空热压机内进行热压烧结成型，热压温度为850-900℃，压力240KN，保温保压2-3分钟，得到金刚石刀头。
2.根据权利要求1所述的高熵合金胎体金刚石刀头的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述高熵合金粉末的粉末粒度为300目，所述耐磨辅料的粉末粒度为250目。
3.根据权利要求1所述的高熵合金胎体金刚石刀头的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述金刚石为镀钛金刚石。
4.根据权利要求1所述的高熵合金胎体金刚石刀头的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述金刚石由三种不同粒度的金刚石颗粒组成，包括粒度为(40/45)、(45/50)和(50/60)的金刚石颗粒，其中(40/45)、(45/50)和(50/60)的金刚石颗粒的质量比为1:2：1。
5.根据权利要求1所述的高熵合金胎体金刚石刀头的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述改善剂由碳黑和钛粉混合制成，其中碳黑和钛粉的质量比为1:1-1:0.5。
6.根据权利要求1所述的高熵合金胎体金刚石刀头的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述金刚石、高熵预合金粉末、耐磨辅料和改善剂的质量份数分别为40-50、20-30、1-20和0.1-1。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113249605A (zh) * 2021-04-21 2021-08-13 四川大学 一种金属陶瓷胎体材料制造方法
CN115255368A (zh) * 2022-07-15 2022-11-01 广东工业大学 一种软硬复合金属结合剂金刚石工具及其制备方法
CN115401202A (zh) * 2022-08-08 2022-11-29 燕山大学 高熵合金结合的wc硬质合金基体金刚石复合片及制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1384793A2 (en) * 2002-07-26 2004-01-28 Mitsubishi Materials Corporation Bonding structure and bonding method for cemented carbide element and diamond element, cutting tip and cutting element for drilling tool, and drilling tool
CN103521764A (zh) * 2013-11-01 2014-01-22 吉林大学 一种高强耐磨粉末冶金复合材料及其制备方法
CN105039824A (zh) * 2015-06-25 2015-11-11 安泰科技股份有限公司 金刚石圆锯片刀头及其制备方法
CN109182866A (zh) * 2018-09-25 2019-01-11 燕山大学 高熵合金-金刚石复合材料及其制备方法
CN109234603A (zh) * 2018-08-31 2019-01-18 王祥慧 一种高熵合金粉末及金刚石工具胎体

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1384793A2 (en) * 2002-07-26 2004-01-28 Mitsubishi Materials Corporation Bonding structure and bonding method for cemented carbide element and diamond element, cutting tip and cutting element for drilling tool, and drilling tool
CN103521764A (zh) * 2013-11-01 2014-01-22 吉林大学 一种高强耐磨粉末冶金复合材料及其制备方法
CN105039824A (zh) * 2015-06-25 2015-11-11 安泰科技股份有限公司 金刚石圆锯片刀头及其制备方法
CN109234603A (zh) * 2018-08-31 2019-01-18 王祥慧 一种高熵合金粉末及金刚石工具胎体
CN109182866A (zh) * 2018-09-25 2019-01-11 燕山大学 高熵合金-金刚石复合材料及其制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113249605A (zh) * 2021-04-21 2021-08-13 四川大学 一种金属陶瓷胎体材料制造方法
CN115255368A (zh) * 2022-07-15 2022-11-01 广东工业大学 一种软硬复合金属结合剂金刚石工具及其制备方法
CN115255368B (zh) * 2022-07-15 2023-08-04 广东工业大学 一种软硬复合金属结合剂金刚石工具及其制备方法
CN115401202A (zh) * 2022-08-08 2022-11-29 燕山大学 高熵合金结合的wc硬质合金基体金刚石复合片及制备方法

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