申請號：201610952354.5
　　申請人：南昌大學
　　發明人：段端志 章少劍 賴志慧 許文虎 張海濤 吳斌

　　摘要： 本發明公開了一種基于自蔓延反應快速制備致密超硬磨具與鉆具的方法，所述超硬磨具與鉆具的外徑為4–100mm，所述超硬磨具與鉆具的結構分為工作層和基體兩個部分，所述工作層組分包括金屬結合劑和超硬磨料，所述金屬結合劑包括Al、Ti、Cu、Fe、Sn、Ni、Co。所述基于自蔓延反應的致密超硬磨具與鉆具的快速制備方法包括混料、壓制成型、通過感應加熱基體和石墨模的方式引發自蔓延反應并在反應剛完成時施以高壓等步驟。本發明致密超硬磨具與鉆具的胎體結合劑與金剛石界面結合強度高，金剛石力學性能損失小，胎體致密度高，具有加工效率高、耐磨性能好、使用壽命長等優點。 　　主權利要求：1.一種基于自蔓延反應的致密超硬磨具與鉆具，其特征在于，所述超硬磨具與鉆具的外徑為4–100mm，所述超硬磨具與鉆具的結構分為工作層和基體兩個部分，所述工作層組分包括金屬結合劑和超硬磨料，所述金屬結合劑包括Al、Ti、Cu、Fe、Sn、Ni、Co，所述基體材料為中碳鋼。
　　2.根據權利要求1中所述基于自蔓延反應的致密超硬磨具與鉆具，其特征在于，所述金屬結合劑中Al和Ti的質量比例為0.5:1–2:1，且Al和Ti的總重量份數為15–45份，Ni/Co/(Ni+Co)粉重量份數為0–10份，Sn粉重量份數為2–6份，Cu粉重量份數為20–70份，Fe粉重量份數為0–30份，且Cu粉和Fe粉的總質量份數為50–70份，所述超硬磨料為金剛石或立方氮化硼，濃度為30–140%，粒度為25/30–230/270目。
　　3.根據權利要求1中所述基于自蔓延反應的致密超硬磨具與鉆具，其特征在于，所述金屬結合劑中Al和Ti的質量比例為0.9:1–1.6:1，且Al和Ti的總重量份數為25–35份，Ni/Co/(Ni+Co)粉重量份數為2–8份，Sn粉重量份數為3–5份，Cu粉重量份數為30–50份，Fe粉重量份數為20–10份，且Cu粉和Fe粉的總質量份數為55–65份，所述超硬磨料為金剛石或立方氮化硼，濃度為60–110%，粒度為50/60–120/140目。
　　4.根據權利要求1中所述基于自蔓延反應的致密超硬磨具與鉆具，其特征在于，所述金屬結合劑中Al和Ti的質量比例為1.3:1，且Al和Ti的總重量份數為30份，Ni/Co/(Ni+Co)粉重量份數為5份，Sn粉重量份數為5份，Cu粉重量份數為40份，Fe粉重量份數為20份，所述超硬磨料為金剛石或立方氮化硼，濃度為85%，粒度為80/100目。
　　5.根據權利要求1–4所述基于自蔓延反應的致密超硬磨具與鉆具，其特征在于，所述Ti粉、Ni粉、Fe粉、Co粉、Sn粉的純度均高于99.7％，粒度均小于75μm，Al粉、Cu 粉純度高于99.8％，粒度小于45μm。
　　6.一種基于自蔓延反應的致密超硬磨具與鉆具的快速制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1、將Al、Ti、Cu、Fe、Sn、Ni、Co粉末按照一定比例稱量后放入球磨機中充分混合均勻，然后添加超硬磨料再進行混料，混料過程均在氬氣保護下進行，最后獲得工作層粉料；步驟2、將步驟1所獲得的工作層粉料與基體一起放入壓制模具中壓制成型，獲得超硬磨具與鉆具壓坯；步驟3、將步驟2所獲得的超硬磨具與鉆具壓坯(12)與石墨壓頭(10)、石墨外模(11)組裝后放置于工作臺(15)上，所述石墨外模(11)帶有觀察口，超硬磨具與鉆具壓坯(12)外面套上雙開口石英管(14)，感應線圈(13)頂端位置稍低于超硬磨具與鉆具壓坯(12)頂端，通過壓桿升降系統安裝于支撐板(2)上的壓桿(9)輕壓于石墨壓頭(10)頂端，所述壓桿升降系統由絲杠(3)螺母(6)副、導軌(4)滑塊(5)副、驅動電機和減速機(7)、支撐板(8)組成，支撐板(2)固定于承重臺(1)上，通過感應線圈(13)加熱壓坯(12)鋼基體和石墨外模(11)使熱量迅速傳遞給壓坯(12)工作層從而引發自蔓延反應，在自蔓延反應剛結束反應產物還處于紅熱時通過該壓桿升降系統使壓桿(9)施壓于石墨壓頭(10)頂端從而獲得致密超硬磨具與鉆具。
　　7.根據權利要求6中所述基于自蔓延反應的致密超硬磨具與鉆具的快速制備方法，其特征在于，步驟1中所述球磨機轉速為100～200r/min,球磨時間4～7h,球料比為1:5–1:8，鋼球和粉料總體積不超過球磨罐體積的50%。
　　8.根據權利要求6中所述基于自蔓延反應的致密超硬磨具與鉆具的快速制備方法，其特征在于，步驟2中所述超硬磨具與鉆具壓坯的壓實密度為理論密度的50–90%，所述壓制模具材料為Cr12MoV，壓力大小為20～350MPa。
　　9.根據權利要求6中所述基于自蔓延反應的致密超硬磨具與鉆具的快速制備方法，其特征在于，步驟3中所述感應線圈(13)通過的電流頻率范圍為1KHz~200KHz。
　　10.根據權利要求6中所述基于自蔓延反應的致密超硬磨具與鉆具的快速制備方法，其特征在于，步驟3中所述壓桿升降系統可以由氣缸或液壓缸、方向閥、壓力閥、流量閥、導軌(4)滑塊(5)副、支撐板(8)組成。