[发明专利]一种金刚石砂轮工作层材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种用于硬质合金刀片加工的金刚石砂轮工作层(即金刚石层)材料及其制备方法。

背景技术

当前，普遍使用的金刚石砂轮的工作层一般都是以金刚石磨料为原料，以树脂、金属或者陶瓷为结合剂制备的，将此工作层固结在中央有通孔的圆形基体上从而制备出最终的金刚石砂轮。

采用树脂结合剂制备的金刚石砂轮存在结合剂本身强度低、对金刚石把持力不够而导致金刚石颗粒易脱落等缺点，同时还存在由于树脂本身的弹性使得被加工体的尺寸一致性差，加工时噪音大的问题。采用金属结合剂制备的金刚石砂轮开刃及修整困难，加工效率低。采用陶瓷结合剂制备的金刚石砂轮虽然解决了上述缺点，但是，目前普遍采用的陶瓷结合剂如硼硅氧化物玻璃等，本身存在熔点较低、热硬性不稳定的缺点，由此带来金刚石砂轮加工强度受限、加工效率低等问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种金刚石砂轮工作层材料及其制备方法，以解决当前陶瓷基金刚石砂轮的热硬性差、加工强度受限以及加工效率较低等缺点。

本发明的金刚石砂轮工作层材料由Ni4W金属间化合物、金属铝、金刚石构成，所述Ni4W金属间化合物占总质量的质量百分比为65％～75％，金属铝占总质量的质量百分比为15％～20％、金刚石占总质量的质量百分比为10％～15％；其中所述金属铝与Ni4W金属间化合物互扩散形成Al-W-Ni脆性相组分。

上述的金刚石砂轮工作层材料的制备方法包括如下步骤：

A：采用粒度均在-300目至+400目范围的Ni4W金属间化合物粉、铝粉，以及粒度为-200目至+300目的金刚石粉为原料，其中各组分占总质量的质量百分比为：Ni4W金属间化合物粉：65％～75％，铝粉：15％～20％，金刚石粉：10％～15％；

B：将上述Ni4W金属间化合物粉、铝粉、金刚石粉混合均匀；

C：将上述混合后的材料进行压制成型；

D：采用热压方式进行材料合成，烧结温度为680～730℃，保温时间为1～5小时，气氛为惰性气体保护，热压压力为30～60MPa，控制升温速率为10～15℃/min，控制降温速率为15～30℃/min。

进一步地，所述B步骤中，采用V型混料机将上述Ni4W金属间化合物粉、铝粉、金刚石粉进行混合，球料比为1∶1～5∶1，转速为60～75rpm，采用惰性气体作保护气氛，球磨介质为酒精。

进一步地，所述C步骤中是采用冷等静压或液压机等方式进行粉末成形的，成形压力为100-200MPa。

本发明采用Ni4W金属间化合物作为金刚石砂轮工作层结合剂的主要成分，该金属间化合物材料具有体心正方点阵有序结构，其热稳定温度高达970℃，具有高强度和高硬度的特点，在金刚石砂轮使用条件下具有优异的热硬性，可以解决当前陶瓷基金刚石砂轮热硬性差、加工强度受限以及使用寿命较低等难题。在金刚石砂轮工作层中引入金属铝，在烧结过程中，金属铝可以与Ni4W化合物互扩散形成Al-W-Ni脆性相组分，降低烧结温度，提高工作层强度，降低合成能耗。

具体实施方式

下面通过对实施实例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。

实施例1：

本实施例的金刚石砂轮工作层材料由Ni4W金属间化合物、金属铝、金刚石构成，其中Ni4W金属间化合物作为金刚石砂轮工作层结合剂的主要成分，其质量百分比占65％；金属铝作为金刚石砂轮工作层烧结促进剂，其质量百分比占20％；金刚石作为金刚石砂轮工作层的磨料，其质量百分比占15％。

该金刚石砂轮工作层材料的制作方法包括如下步骤：

A：采用粒度均在-300目至+400目范围的Ni4W金属间化合物粉、金属铝粉，以及粒度为-200目至+300目的金刚石粉为原料，其各组分的质量百分比为：Ni4W金属间化合物粉65％，金属铝粉20％，金刚石粉15％；

B：采用V型混料机将上述材料均匀混合，其中球料比为2∶1，转速为75rpm，采用氮气作保护气氛，球磨介质为酒精；

C：采用冷等静压进行粉末成型，成形压力为100MPa；

D：采用热压方式进行材料合成，烧结温度为690℃，保温时间为4小时，气氛为惰性气体保护，热压压力为60MPa，控制升温速率为15℃/min，控制降温速率为30℃/min。