[发明专利]一种铁基结合剂金刚石工具及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铁基结合剂金刚石工具及其制备方法。这种铁基结合剂金刚石工具包括结合剂和磨料；结合剂由70～90质量份Fe₂O₃‑Al混合粉，5～25质量份Fe‑Si预合金粉，0.5～3质量份TiH₂粉，0.5～5质量份Fe粉，0.5～1质量份B粉和0.5～3质量份Si粉组成；磨料为金刚石，金刚石磨料占磨削工作层体积的5～25％。同时也公开了这种铁基结合剂金刚石工具的制备方法。本发明使用氧化铁与铝，加入其它结合剂，与金刚石磨料制成一种铁基金刚石工具，利用Fe₂O₃‑Al原位反应的高放热焓为结合剂的烧结提供一定的能量，缩短烧结时间，减少Fe对金刚石的侵蚀作用，同时原位生成强化相，提高结合剂的力学性能。

技术领域

本发明涉及一种铁基结合剂金刚石工具及其制备方法。

背景技术

金刚石工具是工程陶瓷材料，晶体材料，半导体材料，硬质合金以及复合材料等硬脆材料加工的主要工具。目前在高精密磨削领域，国内主要采用金属结合剂金刚石磨具，在制造过程中使用的金属结合剂主要有：铜基、钴基、铁基、镍基、钨基和铝基结合剂等。其中，铜基、钴基和铁基结合剂应用较广。合金粉末中含Cr、Ti、Mn、V、Pb等元素，因此金属结合剂中重金属种类多、含量高。不同种类的重金属在金刚石工具制造、应用等环节都会对环境造成一定的污染。另外金属粉末原材料价格较高。因此研究开发高性能、环境友好型金属结合剂金刚石工具越来越受到重视。

近年来国内外学者和企业致力于制备高性能的环境友好型金刚石工具，其中铁基结合剂金刚石工具是一种环境友好型金刚石工具。铁元素资源丰富、成本低廉，消耗后在自然环境中氧化或分解都不会造成重金属污染。铁基结合剂金刚石工具虽然作为一种环保型金刚石工具，但仍存在诸多因素限制了其在金属结合剂工具的应用。一方面，铁对金刚石有良好的亲和性，在烧结反应过程中易侵蚀金刚石影响金刚石工具成型，另一方面，铁的烧结温度高，存在易氧化导致其烧结性能及力学性能不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁基结合剂金刚石工具及其制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种铁基结合剂金刚石工具，包括结合剂和磨料；结合剂由70～90质量份Fe₂O₃-Al混合粉，5～25质量份Fe-Si预合金粉，0.5～3质量份TiH₂粉，0.5～5质量份Fe粉，0.5～1质量份B粉和0.5～3质量份Si粉组成；磨料为金刚石，金刚石磨料占磨削工作层体积的5～25％。

Fe₂O₃-Al混合粉为Fe₂O₃粉和Al粉按质量比2.2:1组成的混合粉，其中Fe₂O₃粉的粒径为1～10μm，Al粉的粒径为5～25μm。

Fe-Si预合金粉中Si的质量含量为14～16％，Fe-Si预合金粉的粒径为5～20μm。

TiH₂粉的粒径为1～20μm，Fe粉的粒径为5～15μm，B粉的粒径为1～5μm，Si粉的粒径为1～5μm。

金刚石磨料的粒径为20～120目。

一种铁基结合剂金刚石工具的制备方法，包括以下步骤：

1)将Fe₂O₃粉和Al粉在球磨机混合，得到Fe₂O₃-Al混合粉；

2)将Fe₂O₃-Al混合粉、Fe-Si预合金粉、TiH₂粉、Fe粉、B粉、Si粉和金刚石磨料在球磨机混合，得到金刚石工具制备材料；