一种耐磨多元合金-金刚石复合材料及其制备方法与流程

专利2025-04-07  3


本发明涉及金刚石复合材料领域,具体为一种耐磨多元合金-金刚石复合材料及其制备方法。


背景技术:

1、金刚石具有硬度高、耐磨性好、导热率高、电绝缘性好以及耐腐蚀性强等优点,可广泛用于切削、磨削、钻探和电子工业中。金刚石复合材料超硬磨具,如磨头、磨盘等在高端芯片加工、3c陶瓷等领域发挥着越来越重要的作用。但随着人们对加工精度和加工效率的需求提高以及近些年对节能环保理念的重视等,现有的金刚石磨具制品已经越来越难以满足高精尖市场的需求,其中很重要的原因是金刚石与粘结相的结合性能有待进一步提高。

2、金刚石与大部分金属均具有较高的界面能,金刚石颗粒只能被机械地镶嵌在粘结相中,两相的界面结合能力弱。金刚石工具在使用过程中,在磨削力的作用下出现非正常断裂或者金刚石磨粒出露的高度不到粒径一半,金刚石颗粒就失去了粘结相的把持而自行脱落,工作效能的发挥受到限制,导致金刚石超硬磨具的使用寿命和加工效率降低。


技术实现思路

1、发明目的:针对上述技术问题,本发明提出了一种耐磨多元合金-金刚石复合材料及其制备方法。

2、所采用的技术方案如下:

3、一种耐磨多元合金-金刚石复合材料,由多元合金和金刚石制成,所述多元合金为cu35ni20cr15fe20co5w3ti2。

4、进一步地,所述金刚石的表面镀覆有金属化层。

5、进一步地,所述金属化层由强碳化物形成元素和稀土元素组成。

6、进一步地,所述强碳化物形成元素为ti、zr、v、ta、nb中的任意一种或多种组合。

7、进一步地,所述稀土元素为gd、tb、dy、ho、er、tm、lu中的任意一种或多种组合。

8、进一步地,所述金刚石的制备方法如下:

9、将强碳化物形成元素粉末、稀土元素粉末、金刚石微粉混匀后压实,再将混合盐覆盖于其上,在950-1100℃条件下保温30-90min进行盐浴镀,得到表面镀覆有金属化层的金刚石。

10、进一步地,所述混合盐包括摩尔比为1-5:1-5的氯化钾和氯化钠。

11、进一步地,所述强碳化物形成元素粉末、稀土元素粉末、金刚石微粉的重量比为1-2:0.1-0.5:2-5。

12、进一步地,所述金刚石微粉预先经过酸液浸泡处理。

13、本发明还提供了一种耐磨多元合金-金刚石复合材料的制备方法:

14、使用高纯度的cu、ni、cr、fe、co、w、ti作为原料熔炼出合金块体,采用气雾化方法将合金块体制成多元合金粉末,将所述多元合金粉末与金刚石按重量比为5-15:1混匀后压制成型,并在40-60mpa压力下,先以100-200℃/min的升温速率升温至700-800℃,再以10-50℃/min的升温速率升温至1000-1100℃,在此温度下保温烧结10-30min后恢复常压,继续在氢气、氮气和三氯化硼组成的混合气氛下继续保温烧结5-15min即可。

15、本发明的有益效果:本发明提供了一种耐磨多元合金-金刚石复合材料,cu35ni20cr15fe20co5w3ti2作为粘结相基体,该合金具有高强韧性、耐磨和耐腐蚀性能优异等特点,形成的固溶体也会抑制复杂化合物的出现,是金刚石磨具用金属基粘结相的理想材料;

16、金刚石镀覆表面镀覆有金属化层后,优化了金刚石与粘结相的界面反应,提高了结合强度,使得粘结相对金刚石磨粒的把持能力提高,金刚石在磨损过程中不会轻易脱落,此外,金属化层抑制了金刚石的石墨化,降低了金刚石的热损伤,从而提高了复合材料的耐磨性,金属化层中适量稀土元素粉末的引入,可以提高金属化层的致密度,金属化层不易出现开裂和脱落,减少磨损过程中脱落的金刚石数量,使得复合材料的磨削效率和服役寿命得到明显提升;

17、在三氯化硼气氛下烧结,硼元素可以与复合材料中的金属元素反应,生成高硬、高强、耐磨的硼化物,提高复合材料表面的硬度,改善耐磨性能,本发明所制备耐磨多元合金-金刚石复合材料的耐磨性能优异,且具有较高的硬度,综合性能优于现役的金刚石超硬磨具。



技术特征:

1.一种耐磨多元合金-金刚石复合材料,其特征在于,由多元合金和金刚石制成,所述多元合金为cu35ni20cr15fe20co5w3ti2。

2.如权利要求1所述的耐磨多元合金-金刚石复合材料,其特征在于,所述金刚石的表面镀覆有金属化层。

3.如权利要求3所述的耐磨多元合金-金刚石复合材料,其特征在于,所述金属化层由强碳化物形成元素和稀土元素组成。

4.如权利要求3所述的耐磨多元合金-金刚石复合材料,其特征在于,所述强碳化物形成元素为ti、zr、v、ta、nb中的任意一种或多种组合。

5.如权利要求3所述的耐磨多元合金-金刚石复合材料,其特征在于,所述稀土元素为gd、tb、dy、ho、er、tm、lu中的任意一种或多种组合。

6.如权利要求1所述的耐磨多元合金-金刚石复合材料,其特征在于,所述金刚石的制备方法如下:

7.如权利要求6所述的耐磨多元合金-金刚石复合材料,其特征在于,所述混合盐包括摩尔比为1-5:1-5的氯化钾和氯化钠。

8.如权利要求6所述的耐磨多元合金-金刚石复合材料,其特征在于,所述强碳化物形成元素粉末、稀土元素粉末、金刚石微粉的重量比为1-2:0.1-0.5:2-5。

9.如权利要求6所述的耐磨多元合金-金刚石复合材料,其特征在于,所述金刚石微粉预先经过酸液浸泡处理。

10.一种如权利要求1-9中任一项所述的耐磨多元合金-金刚石复合材料的制备方法,其特征在于,使用高纯度的cu、ni、cr、fe、co、w、ti作为原料熔炼出合金块体,采用气雾化方法将合金块体制成多元合金粉末,将所述多元合金粉末与金刚石按重量比为5-15:1混匀后压制成型,并在40-60mpa压力下,先以100-200℃/min的升温速率升温至700-800℃,再以10-50℃/min的升温速率升温至1000-1100℃,在此温度下保温烧结10-30min后恢复常压,继续在氢气、氮气和三氯化硼组成的混合气氛下继续保温烧结5-15min即可。


技术总结
本发明涉及金刚石复合材料领域,具体为一种耐磨多元合金‑金刚石复合材料及其制备方法,由多元合金和金刚石制成,所述多元合金为Cu<subgt;35</subgt;Ni<subgt;20</subgt;Cr<subgt;15</subgt;Fe<subgt;20</subgt;Co<subgt;5</subgt;W<subgt;3</subgt;Ti<subgt;2</subgt;,本发明所制备耐磨多元合金‑金刚石复合材料的耐磨性能优异,且具有较高的硬度,综合性能优于现役的金刚石超硬磨具。

技术研发人员:黄迪,曹晓君
受保护的技术使用者:湖南良诚新材料科技有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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