[发明专利]一种自锐性聚晶金刚石复合片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及切削和铣削加工使用超硬复合材料刀具的制备技术领域，具体涉及一种自锐性聚晶金刚石复合片及其制备方法。

背景技术

工欲行其善，必先利其器。在金属切削技术中，改进刀具的材料对于提高切削效率、降低切削成本比其他任何过程的改变更具有潜力，因此为了不断提高生产效率，降低产品成本，增强产品的竞争能力，各工业发达国家都在大力进行刀具新材料的研究开发工作。在这种认识的推动下，国外新的刀具材料、高效刀具新产品和刀具制造新工艺不断涌现。目前超硬材料刀具的品种正在不断增加，不仅有车刀、镗刀、铰刀、铣刀、成型刀具，还有用于制造一些齿轮的刀具，与此同时产量也在不断增加。例如采用铝基体刀盘的聚晶金刚石（Polycrystalline Diamond，简称PCD）高速铣刀（六刃，直径￠100mm），最高转速可达20000r/min以上，切削速度可达7000m/min。适合于汽车零部件的成形面加工。随着数控机床、加工中心及自动生产线的日益普及，各种PCD刀片的使用越来越多，其刀具耐用度较硬质合金刀具可提高几十倍。目前能够制造高端聚晶金刚石（含杂多晶金刚石）刀具材料全部是进口产品，究其原因有以下几个方面：①金刚石原料。在自然界中存在的Carbonado（卡博纳多）和Ballas（巴卡斯）两种聚晶（多晶）金刚石不仅具有天然金刚石硬度高、耐磨的特点，而且还具有无解理面、抗冲击性好的优点。国外是在研究天然多晶金刚石的基础上开发出来的PCD，对金刚石原料有着严苛的要求。②结合剂。目前国内制造多晶金刚石的结合剂主要有两大类：一类为Co基结合剂，结合强度高，抗冲击性能好；另一类为Si基结合剂，结合强度一般，耐磨性能高。③材料性能。国外多晶金刚石的磨耗比一般在15万-25万之间，内部与边缘相差不到8万；国内多晶金刚石的磨耗比一般在30万-100万之间，内部与边缘相差极大。所用金刚石的粒度国内产品也粗几个粒度级。④加工性能。在使用寿命上和加工粗糙度上与国外产品有很大的差距。国外产品的自锐性好，金刚石与结合剂基本达到同步磨损的效果，使用寿命长，且自锐性决定了国外工具在加工时受力较小，有利于切削和钻进，发热小，不烧损零件的加工表面；由于粒度细，加工表面的光洁度达到了镜面的程度；国内产品容易产生大颗粒的金刚石脱落，甚至崩刃。不仅破坏被加工工件，甚至出现对设备损害或操作者的伤害事故，必须停止加工过程，更换新的刀片，导致生产成本明显增加。

为了克服上述不足，人们开始改善聚晶金刚石刀具材料的韧性。中国专利201110148812公开了一种碳纳米管增强金刚石复合片材料的制备方法，大幅提高PDC材料的抗冲击韧性和稳定性。中国专利201010616949还公开了一种金刚石复合片的制备方法，采用该方法可以解决现有技术制得品烧结组织结构致密均匀性差，残余应力大的问题。中国专利200920223402公开了一种楔形金刚石硬质合金复合片的制备方法，金刚石层呈楔形状镶嵌在硬质合金基体层上，这样金刚石层边缘即有效工作位置的厚度比其他位置要厚，从而可增加抗磨损性能。另外，金刚石层与硬质合金基体层的结合面有平面和楔形凸台可以选择，其中楔形凸台可以更好的提高抗冲击强度。以上只是从材料的韧性出发，部分解决了大颗粒的金刚石脱落问题与金刚石和硬质合金的复合强度问题，未从切削磨损机制上进行改进，尤其是材料在切削过程中的“自锐性”。聚晶金刚石主要用于制作地质钻探、机械刀具材料。聚晶金刚石坯料主要有两种，一种是整体纯聚晶金刚石烧结片；第二种是以聚晶金刚石为聚晶层，以硬质合金为基体经高温高压共同烧结而成的复合片。由于硬质合金韧性好，通常采用硬质合金作为基体，与聚晶金刚石制备复合片。普通的金刚石复合片，硬质合金基体与聚晶层化学成分差异大，热膨胀系数不同，复合片容易开裂、脱层，使用时受到极大地限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对普通的金刚石复合片使用时容易开裂、脱层的问题而提供一种自锐性好，磨耗比均匀的金刚石复合片及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明的自锐性聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体和聚晶金刚石聚晶层，所述聚晶金刚石聚晶层包括60%～95%的金刚石微粉和5%～40%的结合剂，所述的结合剂为金属和陶瓷复合结合剂，其中金属占聚晶金刚石聚晶层的1％～11％，陶瓷占聚晶金刚石聚晶层的1％～40％。

所述的金刚石微粉的粒径为0.5~30μm的粉体。

所述的金刚石微粉的粒径为3.5μm、10μm或25μm。