[发明专利]一种磨粒自脱落金刚石的合成工艺

说明书

技术领域

本发明涉及金刚石的合成技术领域，特别是涉及一种磨粒自脱落金刚石的合成工艺。

背景技术

金刚石以其优异的力学和物理、化学性能被用来作为制作切割、研磨、钻孔等工具的工业材料，特别是作为超级磨料引入磨削工业使零件的加工效率和加工质量明显提高，同时还延长了砂轮的使用寿命，提高了加工零件的尺寸稳定性。现有技术中，金刚石自锐性不够高，加之表面光滑、不够粗糙，与结合剂之间机械结合不够牢固，易造成使用过程中金刚石磨粒过早脱落。据统计，普通金刚石砂轮中有2/3的金刚石磨粒在尚未充分发挥磨削作用之前就过早脱落，大大缩短了使用寿命。

目前国内普遍采用表面涂覆的方法，在金刚石磨粒表面镀覆金属或非金属外层，以解决上述金刚石过早脱落的问题，但这种做法只是从金刚石磨粒外部采取了措施，并未从本质上解决问题，而且后期镀覆处理增加了操作工序，同时增加额外成本。

本发明的研究人员研究发现，通过调整金刚石合成过程中物料配比关系，并严格控制金刚石合成的压力和温度能够提高金刚石的自锐性，有效防止金刚石磨粒的过早脱落。

发明内容

为克服上述现有技术中存在的金刚石磨粒自锐性差，使用寿命短的问题，本发明的目的是提供一种磨粒自脱落金刚石的合成工艺，提高金刚石在磨具切割等领域的使用寿命。

本发明所采用的技术方案是：一种磨粒自脱落金刚石的合成工艺，包括下述步骤：

①取400目以细的石墨粉与Mn基合金触媒粉末，按重量比6：4-9的比例将原料混合，所述的Mn基合金触媒粉末的组分按重量百分比计为：Ni：15-21%，Cu：8-11%，Fe：1-2%，Cr：0.06-0.07%，V：0.02-0.04%，Ce：0.001-0.003%，分散剂：1.2-1.8%，余量为Mn；

②将步骤①的原料加入三维混料机内混合6-7h，等静压后，粉碎成90目以细的颗粒，再置入真空炉中在900-1000℃下真空处理58-65min，充分去除氧气，自然冷却降至室温，得到混合物料；

③将混合物料装入模具内，然后在四柱压机上压制成柱状芯柱，芯柱尺寸为Φ40mm×31.5mm，芯柱密度为3.4-3.7g/cm³；

④将芯柱放入金刚石合成块中，然后将金刚石合成块放入六面顶压机中进行合成，实际合成压力为6.2-6.8GPa，合成温度为1210-1250℃，所述的实际合成压力与合成温度分别采用控制压力曲线及功率曲线完成；

所述的控制压力曲线为：起始压力为92-95MPa，保持60-130s后设置第一次升压，第一次升压幅度为起始压力的2-5%，升压时间为40-100s，然后再设置第二次升压，第二次升压幅度为起始压力的1-1.5%，升压时间为10-20s，最后在100-150s内将控制压力升至106-116MPa，保持该压力150-230s后卸压；

所述的功率曲线为：起始功率为5900W-6100W，保持180-230s后设置第一次功率下降，下降幅度为起始功率的4-7%，下降时间为10-20s，然后设置功率回升，回升幅度为起始功率的0.5-1.5%，回升时间为20-30s，最后设置第二次功率下降，下降幅度为起始功率的3-3.5%，下降时间为100-150s，保持该下降完成后的功率60-100s后结束。

所述的石墨粉为球形石墨，杂质含量小于20ppm。

所述的石墨粉和Mn基合金触媒粉末的重量比为6:7。

所述的Mn基合金触媒粉末的分散剂可以为十二烷基硫酸钠、类十六烷基三甲基氯化铵、三聚磷酸钠中的一种。

所述的等静压的压力可控制在100-200MPa。

一种磨粒自脱落金刚石的合成工艺，其具体的合成工艺步骤为：

①取400目以细的石墨粉与Mn基合金触媒粉末，按重量比6：7的比例将原料混合，Mn基合金触媒粉末的组分按重量百分比计为：Ni：18%，Cu：9.5%，Fe：1.5%，Cr：0.065%，V：0.03%，Ce：0.002%，十二烷基硫酸钠：1.5%，余量为Mn；

②将步骤①的原料加入三维混料机内混合6.5h，150MPa下等静压后，粉碎成90目以细的颗粒，再置入真空炉中在950℃下真空处理62min，充分去除氧气，自然冷却降至室温，得到混合物料；

③将混合物料装入模具内，然后在四柱压机上压制成柱状芯柱，芯柱尺寸为Φ40mm×31.5mm，芯柱密度为3.6g/cm³；