[发明专利]一种超硬聚晶刀具的制备方法

说明书

本发明提供了一种超硬聚晶刀具的制备方法，包括步骤：原料预处理、毛坯成型和刀具合成。在所述毛坯成型的步骤中，丙烯酰胺和N,N‑亚甲基双丙烯酰胺在过硫酸铵的作用下快速聚合形成聚丙烯酰胺，所述浆料固化后形成刀具毛坯；得各原料均匀混合，避免或减弱了原料混合和毛坯成型过程中出现的分层或团聚等夹杂现象，从而削弱了因物料材质和粒径不同、分布不均引起的残余应力对刀具的影响。所述刀具合成的步骤中，先将所述组装块进行真空干燥处理再进行高温高压烧结处理，可以去除因刀具毛坯中的有机物分解产生的气孔引起的残余应力对超硬聚晶刀具的影响，使制备的超硬聚晶刀具具有较好的使用性能和较长的使用寿命，降低经济损失，提高工作效率。

技术领域

本发明超硬材料加工技术领域，具体涉及一种超硬聚晶刀具的制备方法。

背景技术

超硬刀具是现代工程材料在加工硬度方面提出的更高要求而应运而生。目前的超硬刀具主要有聚晶金刚石刀具和聚晶立方氮化硼刀具两种。立方氮化硼具有高硬度、高热稳定性、对铁族金属呈惰性、故最适合切削各种淬硬钢、各种铁基、镍基、钴基和其他热喷涂零件。与立方氮化硼相比，金刚石具有更高的硬度以及其他优异性能，由金刚石所制造的刀具应用广泛，可以加工各种难加工材料，能够对有色金属，尤其是铜铝及其合金进行精密切削加工。

人造超硬刀具的制备方法有很多，目前使用的主要是热压法和气相沉积法。热压法制备聚晶刀具所使用的设备是两面顶和六面顶液压机。将不同粒径的金刚石或立方氮化硼等超硬原料与结合剂粉末混合均匀后冷压成型制成毛坯，再将毛坯放入叶腊石腔体内，经过高温高压处理后即为聚晶刀具坯料。但是，刀具合成后的残余应力是超硬刀具产品失效的重要因素之一。如果应力得不到消除将会导致刀具的强度等指标降低，使其在使用和后加工过程中出现“崩边”现象，甚至是出现裂纹缺陷，从而导致超硬刀具失效。因此减小或消除残余应力能够延长刀具的使用寿命，降低经济损失，提高工作效率。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种超硬聚晶刀具的制备方法，以解决上述问题。

本发明提供的一种超硬聚晶刀具的制备方法，包括步骤：

原料预处理 采用超声波将不同粒径的超硬原料分散在有机溶剂中，形成初混悬浮液；

毛坯成型 在搅拌的作用下，向所述初混悬浮液中加入丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、结合剂和过硫酸铵形成粘度为30～60 mPa.s的浆料，将所述浆料浇注于模具中固化，脱模制得刀具毛坯；其中，丙烯酰胺为所述结合剂质量的10%～20%，N,N-亚甲基双丙烯酰胺为所述结合剂质量的3%～8%，过硫酸铵为所述结合剂质量的8%～15%；

刀具合成 将所述刀具毛坯置于叶腊石腔体内形成组装块，先将所述组装块进行真空干燥处理，再进行高温高压烧结处理，制得超硬聚晶刀具。

其中，本文中的各种溶液或浆料的“粘度”是在二号转子转速为12转/min时采用粘度计测量的。所述毛坯成型步骤中制得的所述浆料的粘度对超硬聚晶刀具的制备有重要影响。具体地，当所述浆料的粘度低于30 mPa.s时，浇注制得的刀具毛坯容易出现分层现象；当所述浆料的粘度大于60 mPa.s时，由于粘度比较大，流动性差，浆料浇注的坯体不能在模具中均匀铺展；所以浆料粘度在30～60 mPa.s时，浆料的流动性和可塑性都比较好，制得的刀具毛坯的均匀性也比较好，从而使得制备出的聚晶金刚石刀具的性能最好。

基于上述，所述超硬原料的粒径包括粒径为10～20 μm的粗粒径和粒径为0.5～5μm的细粒径，且所述粗粒径和所述细粒径的质量比为1 : 1～3 : 1。

基于上述，所述原料预处理的步骤包括：将不同粒径的所述超硬原料混合均匀形成超硬混合料，将所述超硬混合料超声波分散在无水乙醇中，然后加入十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮和悬浮剂进行超声波处理，制得所述初混悬浮液；十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮和所述悬浮剂的加入量分别为所述超硬混合料总质量的0.2%～1%。优选地，所述悬浮剂为聚乙烯醇或聚乙二醇。