超硬材料網(wǎng)

　　申請?zhí)枺?01610952354.5
　　申請人：南昌大學(xué)
　　發(fā)明人：段端志 章少劍 賴志慧 許文虎 張海濤 吳斌

　　摘要： 本發(fā)明公開了一種基于自蔓延反應(yīng)快速制備致密超硬磨具與鉆具的方法，所述超硬磨具與鉆具的外徑為4–100mm，所述超硬磨具與鉆具的結(jié)構(gòu)分為工作層和基體兩個部分，所述工作層組分包括金屬結(jié)合劑和超硬磨料，所述金屬結(jié)合劑包括Al、Ti、Cu、Fe、Sn、Ni、Co。所述基于自蔓延反應(yīng)的致密超硬磨具與鉆具的快速制備方法包括混料、壓制成型、通過感應(yīng)加熱基體和石墨模的方式引發(fā)自蔓延反應(yīng)并在反應(yīng)剛完成時施以高壓等步驟。本發(fā)明致密超硬磨具與鉆具的胎體結(jié)合劑與金剛石界面結(jié)合強度高，金剛石力學(xué)性能損失小，胎體致密度高，具有加工效率高、耐磨性能好、使用壽命長等優(yōu)點。 　　主權(quán)利要求：1.一種基于自蔓延反應(yīng)的致密超硬磨具與鉆具，其特征在于，所述超硬磨具與鉆具的外徑為4–100mm，所述超硬磨具與鉆具的結(jié)構(gòu)分為工作層和基體兩個部分，所述工作層組分包括金屬結(jié)合劑和超硬磨料，所述金屬結(jié)合劑包括Al、Ti、Cu、Fe、Sn、Ni、Co，所述基體材料為中碳鋼。
　　2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述基于自蔓延反應(yīng)的致密超硬磨具與鉆具，其特征在于，所述金屬結(jié)合劑中Al和Ti的質(zhì)量比例為0.5:1–2:1，且Al和Ti的總重量份數(shù)為15–45份，Ni/Co/(Ni+Co)粉重量份數(shù)為0–10份，Sn粉重量份數(shù)為2–6份，Cu粉重量份數(shù)為20–70份，F(xiàn)e粉重量份數(shù)為0–30份，且Cu粉和Fe粉的總質(zhì)量份數(shù)為50–70份，所述超硬磨料為金剛石或立方氮化硼，濃度為30–140%，粒度為25/30–230/270目。
　　3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述基于自蔓延反應(yīng)的致密超硬磨具與鉆具，其特征在于，所述金屬結(jié)合劑中Al和Ti的質(zhì)量比例為0.9:1–1.6:1，且Al和Ti的總重量份數(shù)為25–35份，Ni/Co/(Ni+Co)粉重量份數(shù)為2–8份，Sn粉重量份數(shù)為3–5份，Cu粉重量份數(shù)為30–50份，F(xiàn)e粉重量份數(shù)為20–10份，且Cu粉和Fe粉的總質(zhì)量份數(shù)為55–65份，所述超硬磨料為金剛石或立方氮化硼，濃度為60–110%，粒度為50/60–120/140目。
　　4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述基于自蔓延反應(yīng)的致密超硬磨具與鉆具，其特征在于，所述金屬結(jié)合劑中Al和Ti的質(zhì)量比例為1.3:1，且Al和Ti的總重量份數(shù)為30份，Ni/Co/(Ni+Co)粉重量份數(shù)為5份，Sn粉重量份數(shù)為5份，Cu粉重量份數(shù)為40份，F(xiàn)e粉重量份數(shù)為20份，所述超硬磨料為金剛石或立方氮化硼，濃度為85%，粒度為80/100目。
　　5.根據(jù)權(quán)利要求1–4所述基于自蔓延反應(yīng)的致密超硬磨具與鉆具，其特征在于，所述Ti粉、Ni粉、Fe粉、Co粉、Sn粉的純度均高于99.7％，粒度均小于75μm，Al粉、Cu 粉純度高于99.8％，粒度小于45μm。
　　6.一種基于自蔓延反應(yīng)的致密超硬磨具與鉆具的快速制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1、將Al、Ti、Cu、Fe、Sn、Ni、Co粉末按照一定比例稱量后放入球磨機中充分混合均勻，然后添加超硬磨料再進行混料，混料過程均在氬氣保護下進行，最后獲得工作層粉料；步驟2、將步驟1所獲得的工作層粉料與基體一起放入壓制模具中壓制成型，獲得超硬磨具與鉆具壓坯；步驟3、將步驟2所獲得的超硬磨具與鉆具壓坯(12)與石墨壓頭(10)、石墨外模(11)組裝后放置于工作臺(15)上，所述石墨外模(11)帶有觀察口，超硬磨具與鉆具壓坯(12)外面套上雙開口石英管(14)，感應(yīng)線圈(13)頂端位置稍低于超硬磨具與鉆具壓坯(12)頂端，通過壓桿升降系統(tǒng)安裝于支撐板(2)上的壓桿(9)輕壓于石墨壓頭(10)頂端，所述壓桿升降系統(tǒng)由絲杠(3)螺母(6)副、導(dǎo)軌(4)滑塊(5)副、驅(qū)動電機和減速機(7)、支撐板(8)組成，支撐板(2)固定于承重臺(1)上，通過感應(yīng)線圈(13)加熱壓坯(12)鋼基體和石墨外模(11)使熱量迅速傳遞給壓坯(12)工作層從而引發(fā)自蔓延反應(yīng)，在自蔓延反應(yīng)剛結(jié)束反應(yīng)產(chǎn)物還處于紅熱時通過該壓桿升降系統(tǒng)使壓桿(9)施壓于石墨壓頭(10)頂端從而獲得致密超硬磨具與鉆具。
　　7.根據(jù)權(quán)利要求6中所述基于自蔓延反應(yīng)的致密超硬磨具與鉆具的快速制備方法，其特征在于，步驟1中所述球磨機轉(zhuǎn)速為100～200r/min,球磨時間4～7h,球料比為1:5–1:8，鋼球和粉料總體積不超過球磨罐體積的50%。
　　8.根據(jù)權(quán)利要求6中所述基于自蔓延反應(yīng)的致密超硬磨具與鉆具的快速制備方法，其特征在于，步驟2中所述超硬磨具與鉆具壓坯的壓實密度為理論密度的50–90%，所述壓制模具材料為Cr12MoV，壓力大小為20～350MPa。
　　9.根據(jù)權(quán)利要求6中所述基于自蔓延反應(yīng)的致密超硬磨具與鉆具的快速制備方法，其特征在于，步驟3中所述感應(yīng)線圈(13)通過的電流頻率范圍為1KHz~200KHz。
　　10.根據(jù)權(quán)利要求6中所述基于自蔓延反應(yīng)的致密超硬磨具與鉆具的快速制備方法，其特征在于，步驟3中所述壓桿升降系統(tǒng)可以由氣缸或液壓缸、方向閥、壓力閥、流量閥、導(dǎo)軌(4)滑塊(5)副、支撐板(8)組成。