[发明专利]一种金属结合剂烧结的金刚石砂轮及其制备方法

说明书

本发明特别涉及一种金属结合剂烧结的金刚石砂轮及其制备方法，属于金刚石工具的制备技术领域，方法包括：将预合金粉末和金刚石磨粒进行混合，获得混合料；将混合料和基材进行冷压成型，获得料坯；将料坯进行预氧化，后进行冷却，获得烧结料坯；将烧结料坯进行烧结，后进行冷却，获得金刚石砂轮初品；将金刚石砂轮初品进行修型，获得金刚石砂轮；通过制预合金粉末产生一定程度的氧化，在其表面产生一层氧化膜，再进行高温烧结，氧化膜分解、脱氧，粉末在高温下的脱氧过程，吸收大量能量，抑制了烧结坯的晶粒长大，有利于增强基体的强度和韧性。

技术领域

本发明属于金刚石工具的制备技术领域，特别涉及一种金属结合剂烧结的金刚石砂轮及其制备方法。

背景技术

氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、碳化硅陶瓷以及蓝宝石、玻璃等材料，由于其优良的理化性能，高档的质感，受到手机、智能穿戴、5G通信等行业的青睐。此类脆硬材料，应对不同的要求，通过CNC加工达到需要的尺寸。

以常见的某品牌手机的氧化锆陶瓷背板为例，音量按键孔，音量孔，耳机孔以及充电口孔，均需要使用金刚石磨头来磨铣加工。此类磨头直径一般小于3mm，使用端面层铣加工，目前广泛采用的是金属结合剂烧结和钎焊金刚石磨头。在终端市场竞争愈发激烈的背景下，CNC加工/刀具成本空间一直被压缩。各加工厂商需要性能更强的金刚石磨头。

目前主要有两种方法来制备金刚石磨头，1、钎焊磨头：使用预合金粉末充当结合剂，预合金粉末常见的成分体系有：铜锡基，银铜基，铜基，铜铁基，钴镍基等。将预合金粉末与金刚石磨粒，通过一定的混合工艺，涂覆在基材上，然后真空钎焊而成。磨粒层很薄，只有1层到2层，但是对结合剂层对金刚石磨粒的把持力较为牢固，往往单层就能达到较高的寿命。但是钎焊工艺对金刚石磨粒的目数有要求，钎焊200目以上的金刚石磨粒是非常困难的。而前文所提到的应用市场中，大部分加工均为中精加工，需求200目至600目的金刚石磨头。钎焊磨头技术受限，仅使用粒径较大的金刚石磨粒，故仅可应对一些粗加工，应用场合非常受限；2、金属结合剂烧结金刚石磨头，使用预合金粉末作为胎体材料，与金刚石磨粒混合，经过成型，烧结，修型等工序，制成成品磨头。预合金粉末常见的成分体系有：铜锡基，银铜基，铜基，铜铁基，钴镍基，钨基等。以银铜基为例，经混料，成型之后，采用真空烧结工艺。通常情况下，会尽可能排除氧化对预合金粉末及金刚石的影响，故针对对预合金粉末增设还原、脱氧等工艺。在烧结过程中对真空度也会有较为严苛的管控。成品烧结磨头具有一定厚度的磨粒层，在磨铣加工中，通过自锐可将多层磨粒次第投入使用，达到较高的寿命。烧结磨头寿命较高，但成本也较高，性价比低，需要进一步提高寿命。其单层寿命略低于钎焊类和电镀类磨头，总寿命由单层寿命和总磨粒层数决定。但对于本身直径较小的磨头，不能一味通过增加磨粒层数即磨粒层厚度来追高寿命，因为厚度过大会导致烧结体本身长径比过高，强度下降，寿命反而会降低。故一般磨粒层厚不超过其直径的1倍。这限制了小直径烧结磨头的寿命上限。

发明内容

本申请的目的在于提供一种金属结合剂烧结的金刚石砂轮及其制备方法，克服目前须对预合金粉末进行还原、脱氧的技术偏见，对预合金粉末进行一定程度的预氧化，使磨头的磨削寿命得到进一步提高。

本发明实施例提供了一种金属结合剂烧结的金刚石砂轮的制备方法，所述方法包括：

将预合金粉末和金刚石磨粒进行混合，获得混合料；

将所述混合料和基材进行冷压成型，获得料坯；

将所述料坯进行预氧化，后进行第一冷却，获得烧结料坯；所述预氧化的气压为50Pa以下，所述预氧化的氧化温度为400℃-450℃，所述预氧化的升温速率不低于30℃/min；以质量计，所述烧结料坯的含氧量为0.8％-1％；

将所述烧结料坯进行烧结，后进行第二冷却，获得金刚石砂轮初品；

将所述金刚石砂轮初品进行修型，获得金刚石砂轮。

可选的，预氧化的氧化时间为2h-5h。