阅读说明：本技术 一种金刚石复合截齿及其低温活化液相烧结工艺 (Diamond composite cutting pick and low-temperature activation liquid phase sintering process thereof ) 是由 戴剑博 王忠宾 时佳伟 谭超 司垒 于 2021-08-06 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种金刚石复合截齿及其低温活化液相烧结工艺,包括截齿钢基体和金刚石-硬质合金复合齿头通过钎焊牢固连接。金刚石-硬质合金复合齿头通过低温活化液相烧结技术,将镍铬合金作为活化相添加到金刚石、碳化钨颗粒组成的胎体材料中,在900～1100℃真空氛围中烧结制备出集金刚石高耐磨性和硬质合金高抗冲击韧性于一体的齿头。低温活化液相烧结技术在较低的烧结温度下实现金刚石、镍铬合金与基体之间化学冶金结合,从根本改善三者之间的结合强度,提高基体对金刚石把持力,同时又避免了金刚石的热损伤,而且活性元素合金熔化流淌,填充基体颗粒间缝隙,获得致密烧结体,从根本上提高复合截齿的耐磨性和抗冲击性,达到高效、长久稳定截割硬岩的目的。(The application discloses a diamond composite cutting pick and a low-temperature activation liquid phase sintering process thereof. The diamond-hard alloy composite tooth head is prepared by adding nickel-chromium alloy serving as an active phase into a matrix material consisting of diamond and tungsten carbide particles through a low-temperature active liquid phase sintering technology, and sintering at 900-1100 ℃ in a vacuum atmosphere to integrate the high wear resistance of diamond and the high impact toughness of hard alloy. The low-temperature activated liquid phase sintering technology realizes chemical metallurgical bonding between the diamond, the nickel-chromium alloy and the matrix at a lower sintering temperature, so that the bonding strength among the diamond, the nickel-chromium alloy and the matrix is fundamentally improved, the holding force of the matrix on the diamond is improved, the thermal damage of the diamond is avoided, the active element alloy is melted and flows, gaps among the matrix particles are filled, a compact sintered body is obtained, the wear resistance and the impact resistance of the composite cutting pick are fundamentally improved, and the purpose of efficiently and stably cutting hard rock for a long time is achieved.)

一种金刚石复合截齿及其低温活化液相烧结工艺

技术领域

本发明属于金刚石复合截齿领域，尤其涉及一种金刚石复合截齿及其低温活化液相烧结工艺。

背景技术

硬质合金截齿是当前国内外采矿工业中应用最为广泛的岩层截割执行元件，但随着采矿作业深度加大，硬岩、煤矸石等坚硬磨蚀性矿岩增多，硬质合金截齿耐磨性差、抗冲击韧性低等缺点也日益凸显，使得截齿易发生非正常磨损、寿命短、更换频繁，难以满足当前采矿工业安全高效开采的需求。

目前研究较多的聚晶金刚石截齿和弥散性金刚石截齿均存在制造成本高、金刚石易发生热损伤、易崩刃、热稳定性差、烧结体存在间隙、截齿断裂强度低等问题，难以完全满足掘进机快速掘进、采煤机高效开采的应用需求。

发明内容

解决的技术问题：

针对现有技术的不足，本申请提供了一种金刚石复合截齿及其低温活化液相烧结工艺，解决了目前存在的制造成本高、金刚石易发生热损伤、易崩刃、热稳定性差、烧结体存在间隙、截齿断裂强度低等难题；采用低温活化液相烧结技术研制集金刚石高耐磨性和硬质合金高抗冲击韧性于一体的金刚石—硬质合金复合超硬截齿的方法，使得金刚石与硬质合金、钎料合金之间发生化学冶金结合，增强金刚石与硬质合金基体的结合强度，从根本上提高复合截齿的耐磨性和抗冲击性，达到高效、长久稳定截割硬岩的目的。

技术方案：

为实现上述目的，本申请通过以下技术方案予以实现：

一种金刚石复合截齿，所述金刚石复合截齿包括截齿钢基体和金刚石-硬质合金复合齿头，二者通过钎焊方式实现牢固连接；金刚石-硬质合金复合齿头的原料包括金刚石颗粒、碳化钨颗粒和活性元素合金粉末，所述的活性元素合金粉末包括钴粉、镍铬合金粉末和铁粉，所述的活性元素合金粉末颗粒粒径≤100 μm，其中活性元素合金粉末中钴粉占所述复合截齿总重量的5%~30%，镍铬合金粉占所述复合截齿总重量的5%~20%，铁粉占所述复合截齿总重量的5%~40%；所述的金刚石颗粒粒径为10 ~500 μm，金刚石颗粒占所述复合截齿质量的比例为5%~30%；所述的碳化钨颗粒粒径为1~500 μm，碳化钨颗粒占所述复合截齿质量的比例为30%~80%。

进一步的，所述金刚石-硬质合金复合齿头是通过低温活化液相烧结技术，将镍铬合金作为活化相添加到金刚石、碳化钨粉末、钴粉和铁粉组成的胎体材料中，在900~1100℃真空氛围中烧结制备出集金刚石高耐磨性和硬质合金高抗冲击韧性于一体的金刚石-硬质合金复合齿头。

金刚石复合截齿低温活化液相烧结工艺，包括如下步骤：

第一步：按钴粉占复合截齿齿头总重量的5%~30%，镍铬合金粉占复合截齿齿头总重量的5%~20%，铁粉占复合截齿齿头总重量的5%~40%，金刚石占所述复合截齿齿头总重量5%~30%，碳化钨占所述复合截齿齿头总重量的30%~80%，称取金刚石颗粒、碳化钨颗粒、钴粉、镍铬合金粉末、铁粉；

第二步：先将金刚石颗粒、碳化钨颗粒、钴粉、镍铬合金粉末、铁粉在器皿中搅拌混合，然后再用球磨机将搅拌混合后的金刚石颗粒、碳化钨颗粒、钴粉、镍铬合金粉末、铁粉充分混料；最后停机将混合好后的粉末密封到专用器皿中；

第三步：将均匀混合好后的粉末填装金属模具，在2~5GPa压力下冷压成型、脱模得金刚石复合截齿齿头胎体；

第四步：将脱模后的金刚石复合截齿齿头胎体在真空炉中烧结制备金刚石复合截齿头；

第五步：将烧结制备的金刚石复合截齿头放入截齿基体中进行钎焊制得金刚石复合截齿。

进一步的，所述第二步中所述球磨机中混料球为硬质合金球，选取直径为20mm、10mm、5mm不同大小混料球配合使用。

进一步的，所述第二步中混料机转速为40~100转/min，混料时间为1~4小时。

进一步的，所述三步中冷压成型温度为室温。

进一步的，所述第四步中所述真空炉中真空度不低于10^-2Pa。

进一步的，所述第四步中所述烧结温度为900~1100℃。

进一步的，所述第四步中所述烧结时间为30 min。

有益效果：

本申请提供了一种金刚石复合截齿及其低温活化液相烧结工艺，具备以下有益效果：

1、用于采煤机、掘进机等设备截割硬煤岩的高强度耐磨金刚石复合截齿。

2、本发明制备的弥散型金刚石复合截齿以金刚石为增硬相，以硬质合金为基体，将金刚石高硬度和硬质合金高抗冲击韧性两种优点结合起来，扬长避短，形成一种独具特点的新型金刚石超硬复合截齿。它不仅适用于采矿工业中软硬岩互层、中硬岩层和硬岩层截割，而且制造技术简单，价格便宜，在煤矿开采等工具高消耗领域具有广泛应用前景。

3、与现有的金刚石复合截齿制备技术相比，低温活化液相烧结技术可以在较低的烧结温度下实现金刚石、镍铬合金与基体之间化学冶金结合，从根本改善三者之间的结合强度，提高基体对金刚石把持力，同时又避免了金刚石的热损伤，而且活性元素合金熔化流淌，填充基体颗粒间缝隙，获得致密烧结体，从根本上提高复合截齿的耐磨性和抗冲击性，达到高效、长久稳定截割硬岩的目的。

4、通过本专利提供的低温活化液相烧结制备出的金刚石-硬质合金复合截齿耐磨性提高5倍，冲击韧性提高30%，使用寿命提高2倍以上，单位体积岩石截割消耗截齿成本降低15%~20%。

附图说明

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图1为本发明的金刚石复合截齿的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实例对本发明的具体实施方式及工作过程作进一步说明。

实施例1：

金刚石复合截齿低温活化液相烧结工艺，包括如下步骤：

第一步：按钴粉占复合截齿齿头总重量的5%~30%，镍铬合金粉占复合截齿齿头总重量的5%~20%，铁粉占复合截齿齿头总重量的5%~40%，金刚石占所述复合截齿齿头总重量的5%~30%，碳化钨占所述复合截齿齿头总重量的30%~80%，称取金刚石颗粒、碳化钨颗粒、钴粉、镍铬合金粉末、铁粉；

第二步：先将金刚石颗粒、碳化钨颗粒、钴粉、镍铬合金粉末、铁粉在器皿中搅拌混合，然后再用球磨机将搅拌混合后的金刚石颗粒、碳化钨颗粒、钴粉、镍铬合金粉末、铁粉充分混料，混料球为硬质合金球，选取直径为20mm、10mm、5mm不同大小混料球配合使用，混料机转速为40~100转/min，混料时间为1~4小时；最后停机将混合好后的粉末密封到专用器皿中；

第三步：将均匀混合好后的粉末填装金属模具，在2~5GPa压力下冷压成型、脱模得金刚石复合截齿齿头胎体；

第四步：将脱模后的金刚石复合截齿齿头胎体在真空炉中烧结制备金刚石复合截齿头，烧结温度为900~1100℃，炉中真空度不低于10^-2Pa，保温30 min；

第五步：将烧结制备的金刚石复合截齿头放入截齿基体中进行钎焊制得金刚石复合截齿。

实施例2：

金刚石复合截齿低温活化液相烧结工艺，包括如下步骤：

第一步：按钴粉占复合截齿齿头总重量的5%~30%，镍铬合金粉占复合截齿齿头总重量的5%~20%，铁粉占复合截齿齿头总重量的5%~40%，金刚石占所述复合截齿齿头总重量的5%~30%，碳化钨占所述复合截齿齿头总重量的30%~80%，称取金刚石颗粒、碳化钨颗粒、钴粉、镍铬合金粉末、铁粉；

第二步：先将金刚石颗粒、碳化钨颗粒、钴粉、镍铬合金粉末、铁粉在器皿中搅拌混合，然后再用球磨机将搅拌混合后的金刚石颗粒、碳化钨颗粒、钴粉、镍铬合金粉末、铁粉充分混料，混料球为硬质合金球，选取直径为20mm、10mm、5mm不同大小混料球配合使用，混料机转速为40转/min，混料时间为1小时；最后停机将混合好后的粉末密封到专用器皿中；

第三步：将均匀混合好后的粉末填装金属模具，在2~5GPa压力下冷压成型、脱模得金刚石复合截齿齿头胎体；

第四步：将脱模后的金刚石复合截齿齿头胎体在真空炉中烧结制备金刚石复合截齿头，烧结温度为900℃，炉中真空度不低于10^-2Pa，保温30 min；

第五步：将烧结制备的金刚石复合截齿头放入截齿基体中进行钎焊制得金刚石复合截齿。

实施例3：

金刚石复合截齿低温活化液相烧结工艺，包括如下步骤：

第一步：按钴粉占复合截齿齿头总重量的5%~30%，镍铬合金粉占复合截齿齿头总重量的5%~20%，铁粉占复合截齿齿头总重量的5%~40%，金刚石占所述复合截齿齿头总重量的5%~30%，碳化钨占所述复合截齿齿头总重量的30%~80%，称取金刚石颗粒、碳化钨颗粒、钴粉、镍铬合金粉末、铁粉；

第二步：先将金刚石颗粒、碳化钨颗粒、钴粉、镍铬合金粉末、铁粉在器皿中搅拌混合，然后再用球磨机将搅拌混合后的金刚石颗粒、碳化钨颗粒、钴粉、镍铬合金粉末、铁粉充分混料，混料球为硬质合金球，选取直径为20mm、10mm、5mm不同大小混料球配合使用，混料机转速为100转/min，混料时间为4小时；最后停机将混合好后的粉末密封到专用器皿中；

第三步：将均匀混合好后的粉末填装金属模具，在2~5GPa压力下冷压成型、脱模得金刚石复合截齿齿头胎体；

第四步：将脱模后的金刚石复合截齿齿头胎体在真空炉中烧结制备金刚石复合截齿头，烧结温度为1100℃，炉中真空度不低于10^-2Pa，保温30 min；

第五步：将烧结制备的金刚石复合截齿头放入截齿基体中进行钎焊制得金刚石复合截齿。

结果表明，采用该钎料能够降烧结焊温度，而且钎料熔化均匀，在金刚石磨粒表面形成了一薄层连续片状的碳化物，钎料硬度适中，对金刚石的把持强度高，金刚石热损伤小。

最后说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。