[发明专利]一种铁铝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铝基结合剂金刚石工具及其制备方法。这种铁铝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Fe‑Al混合粉，10～30质量份Cu‑Sn预合金粉，0.5～3质量份Si粉，0.5～1质量份B粉和0.5～3质量份TiH₂粉组成；磨料为金刚石，金刚石磨料占磨削层体积的5～25％。同时也公开了这种铁铝基结合剂金刚石工具的制备方法。本发明提出了一种基于原位合成的FeAl金属间化合物的结合剂体系，制备得到的金刚石工具具有耐高温、耐腐蚀、低比重的优点，同时也改善了金刚石工具的烧结致密化性能。

技术领域

本发明涉及一种铁铝基结合剂金刚石工具及其制备方法。

背景技术

金属结合剂金刚石工具广泛用于石材、陶瓷、混凝土、沥青路面加工以及地质钻探等领域，结合剂主要以Co、Cu、Fe等金属基低熔点合金(Sn、Zn、Pb等)复合而成的多组元体系。Co和Cu价格高使金刚石工具生产成本高，不适合在工业中使用。而Fe价格低廉，资源丰富，经过适当的材料设计合成出的金刚石工具，具有磨耗量小，磨削比高，强度高，不易破损，良好的整形、修锐性，对金刚石和骨架润湿性好等优点，略带广谱性，适宜加工各种硬脆材料。铁与钴属于同族元素，性质比较相似，目前用铁代钴的研究较多。

在目前所使用的金属结合剂中，Co基结合剂与金刚石结合最好，性能最高，但Co价格高昂。Fe基结合剂与Co基结合剂相比，其性能与Co基类似，价格低廉，虽然硬度较低但是耐磨性好。但铁基结合剂很容易氧化，而且在高温下，铁粉会对金刚石产生较严重的化学侵蚀，由于这两方面的原因影响结合剂本身的力学性能及其对金刚石的有效把持，导致加工过程中结合剂耐磨性差，金刚石容易脱落，缩短了金刚石工具的寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁铝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：

一种铁铝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Fe-Al混合粉，10～30质量份Cu-Sn预合金粉，0.5～3质量份Si粉，0.5～1质量份B粉和0.5～3质量份TiH₂粉组成；磨料为金刚石，金刚石磨料占磨削层体积的5～25％。

Fe-Al混合粉为Fe粉和Al粉按质量比2:1组成的混合粉，其中Fe粉的粒径为5～30μm，Al粉的粒径为5～30μm。

Cu-Sn预合金粉中Sn的质量含量为15～20％，Cu-Sn预合金粉的粒径为5～50μm。

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

金刚石磨料的粒径为20～120目。

一种铁铝基结合剂金刚石工具的制备方法，包括以下步骤：

1)将Fe粉和Al粉在球磨机混合，得到Fe-Al混合粉；

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

3)将金刚石工具制备材料冷压成型，得到金刚石工具坯体；

4)将金刚石工具坯体进行烧结，得到上述的铁铝基结合剂金刚石工具。

步骤1)或步骤2)中，球磨机的转速为150～250r/min，球磨时间为3～5h，球料比为(5～10)：1。

步骤3)中，金刚石工具坯体的压坯密度为50～70％理论密度，冷压压力为200～300MPa。

步骤4)中，烧结的方式为放电等离子烧结、热压烧结、气氛压力烧结中的其中一种。