申請號：201611003865.9
申請人：北京科技大學
發明人：郭志猛 吳成義 孫江勝 李沛 舒進鋒 吳慶華 郭雷辰 趙翔 吳立成 李琴 崔倩月

摘要： 一種金剛石夾心式硬質合金礦山鑿巖鉆頭用球齒的制備方法，屬于金剛石材料領域。本發明在常規硬質合金球齒截面中心事先設計和加工出φ1.3～3.0mm小孔，然后將人造金剛石顆粒和銅合金混合粉，通過裝料和壓制將人造金剛石混合粉在硬質合金小孔內形成高密度壓坯，隨后進行兩段式燒結，即低溫釬焊和高溫固化，制備成金剛石夾心式硬質合金復合球齒。采用表面硬度、彈性模量和抗壓強度都非常高的硬質合金小孔，作為金剛石顆粒物高強度、高剛度的支撐條件，能夠對每顆金剛石顆粒提供一種在三維上能獲得完全穩定的高負荷、三維高強度的剛性支撐條件，是金剛石顆粒在受到強大的剪切和沖擊力的同時，能發揮高切削速度和高耐磨性，明顯節省了金剛石的用量，適合大規模生產，投資低。 主權利要求：1.一種金剛石夾心式硬質合金復合球齒的制備方法，其特征在于具體步驟如下：1)在硬質合金球齒截面中心按照d/D≤0.15原則，采用人造金剛石夾心式球齒的生產工藝，在常規硬質合金球齒截面的中心處事先設計和加工出直徑φ＜1.3～3.0mm的小孔，再將專門設計的人造金剛石顆粒和銅合金混合粉裝入球齒小孔內壓成高密度壓坯，相對密度80％；2)采用兩段式燒結工藝，即低溫釬焊、高溫擴散固化，最終制成人造金剛石夾心式球齒，首先在第一段較低燒結溫度下用663銅合金粉作為釬焊料，完成低熔點合金包覆金剛石顆粒的任務；隨后當第二段燒結溫度提高后利用加入的鉻鐵和鈦鐵向663銅合金中擴散作用，提高銅合金中鉻、鈦、鐵的含量，從而提高包覆合金熔點和強度。
2.根據權利要求1所述一種金剛石夾心式硬質合金復合球齒的制備方法，其特征在于人造金剛石夾心工藝中，使用的人造金剛石和銅合金混合粉成分為：人造金剛石顆粒50～60wt％，663青銅合金粉35～50wt％，鉻鐵粉3～7％，鈦鐵粉1.5～3wt％，另加入0.5～1wt％聚乙烯醇(PVA)混合液，將上述原料在U型混料機中混合1～2小時，隨后在真空干燥箱中80℃干燥2～3h。
3.根據權利要求1所述一種金剛石夾心式硬質合金復合球齒的制備方法，其特征在于在人造金剛石夾心工藝中所使用的硬質合金成分為通用合金YG11C牌號，制備過程嚴格按照YG11C合金生產工藝生產；所得球齒的中心小孔為軸向貫通孔；中心孔內表面的粗糙度和中心孔垂直度均按燒結后自然態。
4.根據權利要求1所述一種金剛石夾心式硬質合金復合球齒的制備方法，其特征在于在人造金剛石夾心工藝中所采用的人造金剛石顆粒為人造金剛石顆粒狀粉末，其粒度為0.1～0.35mm；選用晶型較好、刃口鋒利的JR型人造金剛石粉。
5.根據權利要求1所述一種金剛石夾心式硬質合金復合球齒的制備方法，其特征在于在硬質合金球齒小孔內裝入人造金剛石顆粒混合粉，其壓坯壓制壓力為150～250MPa，孔內壓坯使用高度h＝8mm時所需的混合粉重量W＝1/4·π·d2·h·D (克)，式中d-小孔直徑(cm)、D-壓坯密度(6.2～7.2)g/cm3。
6.根據權利要求1所述一種金剛石夾心式硬質合金復合球齒的制備方法，其特征在于混合料裝入小孔后，用45號碳鋼材質鋼針沖頭，鋼針沖頭直徑為長度L＝[球齒高(H)-孔內粉坯高(h)﹢0.2]mm，插到球齒小孔內，轉入壓制位，將混合料在小孔內壓制成高密度壓坯，每顆鋼針的單位壓制壓力為150～250MPa，鋼針壓入后不再取出。
7.根據權利要求1所述一種金剛石夾心式硬質合金復合球齒的制備方法，其特征在于當金剛石顆粒與銅合金混合粉在球齒小孔內壓制成高密度壓坯后應在兩段式氫氣保護燒結爐中燒結，一段700～750℃，二段800～820℃，每段30～40min，氫氣截面流量0.3～0.5升/dm2，燒結后冷卻出爐，即得所需產品。
8.根據權利要求1所述一種金剛石夾心式硬質合金復合球齒的制備方法，其特征在于當金剛石顆粒與銅合金混合粉在球齒小孔內壓制成高密度壓坯后，若在真空爐中兩段式燒結時，其工藝參數為一段700～750℃，二段780～800℃，每段30～40min，真空度小于1.5×10-1Pa，燒結后冷卻出爐即得所需產品。