[发明专利]自蔓延反应制备金刚石刀头的方法及金刚石刀头

说明书

本发明涉及一种自蔓延反应制备金刚石刀头的方法及金刚石刀头，属于金刚石工具的技术领域。本发明所述的自蔓延反应制备金刚石刀头的方法，其将金属结合剂与金刚石混合均匀、冷压得到刀头坯料后经自由烧结而成，其特征在于：所述金属结合剂中包括由铁粉和铝粉经冷态混合球磨得到的铝热反应粉，并且所述铝热反应粉中还含有氧化亚铁粉；还涉及由上述方法制备得到的金刚石刀头。本发明采用在加热烧结过程中可自蔓延放热的冷态球磨铝铁合金粉，无需加压烧结即可得到孔隙率小于10％且把持力高的金刚石刀头，而且由于可在隧道炉内无压致密烧结，与现有技术相比本发明的方法显著提高了生产效率。

技术领域

本发明涉及金刚石工具的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种自蔓延反应制备金刚石刀头的方法。

背景技术

在现有技术中，焊接类金属结合剂超硬材料制品刀头均采用粉末冶金生产工艺制备，其方法是将金属粉末与金刚石磨粒混合均匀，然后冷压成型、热压/无压烧结。冷压成型坯体通常采用两种烧结生产工艺：最普遍的是将坯体在热压烧结机上组装于石墨模具中加压烧结；另外一种是将坯体置于具有还原气氛的连续式隧道炉或钟罩炉中自由烧结。这两种生产方式所需能量完全由外部设备提供，刀头性能受原材料及工艺参数的变化影响极大，尤其是锋利度的调控难度较大。热压烧结工艺胎体对金刚石的把持力强，寿命长，但锋利度受限，且能耗高，效率低。在隧道炉或钟罩炉中自由式烧结的能耗低，效率非常高，但烧结坯体在无压条件下的致密度及其对金刚石的把持力有限，切割过程中金刚石易脱落失效，这是金刚石制品无压烧结工艺所普遍存在的技术难题，也是无压烧结难以推广应用的障碍瓶颈，因而未能在行业中普遍应用。

为了提高生产效率并提高金刚石刀头的产品质量，引进新的烧结机制开发新的材料体系，增强胎体对金刚石的收缩固结把持力，是金刚石制品无压烧结技术的迫切需求。中国发明专利申请公布CN101342686A公开了一种自蔓延高温制备金刚石模块的方法，其利用TiCo或TiNi的自蔓延反应来提高与镀镍的金刚石刀头之间的把持力，但该方法采用的是稀缺且价高的Ti、 Co和Ni粉，为了保证把持力还要预先对金刚石进行镀镍处理，从而导致成本高，难以推广应用。中国发明专利申请公布CN103521774A公开了一种自蔓延制备金刚石节块工具的方法，其中采用40～70％的Ni、10～30％的Al、5～20％的Cr、5～25％的Ti、0～5％的Co、0.5～1％的稀土Ce合金作为结合剂，其中利用了Ni和Al的自蔓延反应并利用元素Cr和Ti元素在金刚石表面形成 Cr-C、Ti-C等化学冶金结合来提高胎体与金刚石的把持力，其中Ni、Cr、Ti等成本高，而且其中反应迅速容易导致过多的孔隙，从而导致其切削性能差，切削使用寿命较低。由于Al和 Fe与金刚石的亲和力较差，采用常规的铝和铁的铝热反应方法制备的金刚石刀头其把持力差，尤其是应用于金刚石切削刀头的使用寿命仅有常规热压方法的1/3～1/5，因而被认为无实际应用和使用价值。

发明内容

为了降低成本、提高生产效率并克服现有技术中的技术难题，本发明的提供了一种自蔓延反应制备金刚石刀头的方法及金刚石刀头。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：

一种自蔓延反应制备金刚石刀头的方法，其将金属结合剂与金刚石混合均匀、冷压得到刀头坯料后经自由烧结而成，其特征在于：所述金属结合剂中包括由铁粉和铝粉经冷态混合球磨得到的铝热反应粉，并且所述铝热反应粉中还含有氧化亚铁粉。

其中，所述金属结合剂中铝热反应粉的重量百分比为10～65wt％，优选为20～60wt％，更优选为25～55wt％。

其中，所述金属结合剂包括10～65wt％的铝热反应粉，和余量的选自Fe、Cu、Sn和Ni 中的至少一种组分。

其中，所述铝热反应粉中铁粉和氧化亚铁粉中的Fe元素和铝粉中的Al元素的摩尔比为 3～5∶1。

其中，所述铝热反应粉在-100℃以下的低温环境下混合球磨得到。