本發(fā)明屬于超硬材料工具制作領(lǐng)域，尤其涉及燒結(jié)金剛石節(jié)塊的制造。

背景技術(shù)：

金剛石磨料具有硬度高、耐磨性好、導(dǎo)熱性好的優(yōu)異性能，因此金剛石工具在加工硬脆材料方面具有壽命長(zhǎng)、效率高的優(yōu)點(diǎn)，工具的制作方法有電鍍法、燒結(jié)法、釬焊法等，其中電鍍金剛石砂輪在加工過(guò)程中磨粒易從工具表面脫落，造成加工效率和工具壽命的降低，采用釬焊方法制作的單層金剛石工具，能夠在金剛石與釬料之間形成化學(xué)冶金結(jié)合，因此具有磨粒結(jié)合強(qiáng)度高、磨料出露高、工具壽命長(zhǎng)等優(yōu)異特性，并且利于環(huán)境保護(hù)，有著廣泛的應(yīng)用。但單層釬焊金剛石工具只有一層磨粒使其壽命受到了限制。如果在燒結(jié)工具通過(guò)添加適量的活性元素，與金剛石磨粒發(fā)生適量的界面反應(yīng)，不僅提高磨粒的把持力，而且多層金剛石磨粒能夠有效提高工具的壽命。

高熵合金通常由五種以上的元素組元按照等原子比或接近于等原子比合金化后形成的合金，其混合熵高于合金的熔化熵，一般形成高熵固溶體相，具有良好的綜合力學(xué)性能。但通常的高熵合金是采用單質(zhì)金屬粉，其熔點(diǎn)較高，而采用合金化的多種共晶合金，經(jīng)球磨機(jī)械合金化后形成高熵合金，其中含有適量的cr元素適合于燒結(jié)金剛石，可作為結(jié)合劑用于制造金屬基燒結(jié)金剛石砂輪。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是進(jìn)一步提高燒結(jié)工具中金剛石磨料的結(jié)合強(qiáng)度，不僅在金屬基中形成高熵合金，而且采用合金化的cu-sn、ni-cr-b-si、fe-cr-b-si等多種粉末進(jìn)行混合，使得最后形成含有cu、fe、ni、cr、sn的高熵合金，具有強(qiáng)度、韌性高的優(yōu)點(diǎn)，cr在cu中的溶解度極低，使含有一定的cr在燒結(jié)過(guò)程中促使cr向金剛石界面擴(kuò)散，進(jìn)一步促進(jìn)cr與金剛石進(jìn)行界面反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)化學(xué)冶金結(jié)合，提高磨粒的把持強(qiáng)度。由于高熵合金具有擴(kuò)散速度慢，最后形成金剛石與高熵合金界面處為碳化物，金屬基中為含有一定化合物的高熵合金。為提高容屑空間，添加適量的nahco3，該化合物在燒結(jié)過(guò)程中由于加熱而發(fā)生分解，產(chǎn)生co2氣體，該氣體在砂輪內(nèi)部無(wú)法逸出，最后形成氣孔，可容納磨削過(guò)程中產(chǎn)生的碎屑，從而提高磨削效率。

本發(fā)明提供了一種高熵合金燒結(jié)金剛石節(jié)塊的制作方法，包括以下步驟：

（1）將預(yù)合金粉cu-sn、ni-cr-b-si、fe-cr-b-si、nahco3按一定質(zhì)量比30~35%：30~35%：30~35%：1~3%的質(zhì)量比例混合后球磨為高熵合金粉末，每千克高熵合金粉末添加4~5ml含10%重量聚乙烯醇的水溶液；其中所述的各預(yù)合金粉的原始粉末粒度目數(shù)范圍分別為：cu-sn：220～180μm，ni-cr-b-si：200～150μm，fe-cr-b-si：300～250μm，nahco3：200～150μm。其中cu-sn合金中sn含量的質(zhì)量百分比為40-50。其中ni-cr-b-si中各種元素質(zhì)量百分比為：cr為12-18，b為2.5-4.5，si為2.5-4.5，c為0.7-1，其余為ni。其中fe-cr-b-si中各種元素質(zhì)量百分比為：cr為13-17，b為2.5-4.5，si為2.5-4.5，c為0.7-1，其余為fe。采用鋼制球磨罐進(jìn)行球磨混合，其中的磨球與金屬粉質(zhì)量比為3∶1，密封后打開(kāi)真空閥抽真空20~30分鐘，將球磨罐放入行星式球磨機(jī)，轉(zhuǎn)速為300~350r/min，倒向頻率30~45hz，進(jìn)行球磨混料時(shí)間為30~40分鐘。

（2）然后將高熵合金粉末與金剛石磨料進(jìn)行二次混合稱為成型料，二次混合按每立方厘米高熵合金粉末加入1.2~1.5克拉金剛石的標(biāo)準(zhǔn)加入，并于常溫下混合均勻，為成型料。

（3）再將成型料置于石墨模具進(jìn)行烘干，烘干參數(shù)為在金屬烘干爐中80~100℃進(jìn)行烘干3-8min。

（4）然后將烘干后的成型料放入模具中進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓壓力為100~250mpa，稱為坯體；

（5）將坯體放入金屬模具中，再將模具放在燒結(jié)爐內(nèi)，采用氬氣保護(hù)氣氛中進(jìn)行加壓燒結(jié)，燒結(jié)后為節(jié)塊。加壓燒結(jié)的具體工藝為：在氬氣保護(hù)下加壓燒結(jié)爐中加壓60~220mpa，燒結(jié)溫度范圍為820-870℃，保溫2~8分鐘。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

1.一種高熵合金燒結(jié)金剛石節(jié)塊的制作方法，包括下述工藝步驟：

（1）將預(yù)合金粉cu-sn、ni-cr-b-si、fe-cr-b-si、nahco3按一定質(zhì)量比30%：32%：35%：3%的質(zhì)量比例混合后球磨為高熵合金粉末，每千克高熵合金粉末添加4.5ml含10%重量聚乙烯醇的水溶液；其中所述的各預(yù)合金粉的原始粉末粒度目數(shù)范圍分別為：cu-sn：220～180μm，ni-cr-b-si：200～150μm，fe-cr-b-si：300～250μm，nahco3：200～150μm。其中cu-sn合金中sn含量的質(zhì)量百分比為40。其中ni-cr-b-si中各種元素質(zhì)量百分比為：cr為12-18，b為2.5-4.5，si為2.5-4.5，c為0.7-1，其余為ni。其中fe-cr-b-si中各種元素質(zhì)量百分比為：cr為13-17，b為2.5-4.5，si為2.5-4.5，c為0.7-1，其余為fe。采用鋼制球磨罐進(jìn)行球磨混合，其中的磨球與金屬粉質(zhì)量比為3∶1，密封后打開(kāi)真空閥抽真空20分鐘，將球磨罐放入行星式球磨機(jī)，轉(zhuǎn)速為300r/min，倒向頻率45hz，進(jìn)行球磨混料時(shí)間為40分鐘。

（2）然后將高熵合金粉末與金剛石磨料進(jìn)行二次混合稱為成型料，二次混合按每立方厘米高熵合金粉末加入1.2克拉金剛石的標(biāo)準(zhǔn)加入，并于常溫下混合均勻，為成型料。

（3）再將成型料置于石墨模具進(jìn)行烘干，烘干參數(shù)為在金屬烘干爐中100℃進(jìn)行烘干3min。

（4）然后將烘干后的成型料放入模具中進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓壓力為125mpa，稱為坯體；

（5）將坯體放入金屬模具中，再將模具放在燒結(jié)爐內(nèi)，采用氬氣保護(hù)氣氛中進(jìn)行加壓燒結(jié)，燒結(jié)后為節(jié)塊。加壓燒結(jié)的具體工藝為：在氬氣保護(hù)下加壓燒結(jié)爐中加壓220mpa，燒結(jié)溫度范圍為820℃，保溫5分鐘。

實(shí)施例2

1.一種高熵合金燒結(jié)金剛石節(jié)塊的制作方法，包括下述工藝步驟：

（1）將預(yù)合金粉cu-sn、ni-cr-b-si、fe-cr-b-si、nahco3按一定質(zhì)量比32%：35%：30%：3%的質(zhì)量比例混合后球磨為高熵合金粉末，每千克高熵合金粉末添加5ml含10%重量聚乙烯醇的水溶液；其中所述的各預(yù)合金粉的原始粉末粒度目數(shù)范圍分別為：cu-sn：220～180μm，ni-cr-b-si：200～150μm，fe-cr-b-si：300～250μm，nahco3：200～150μm。其中cu-sn合金中sn含量的質(zhì)量百分比為45。其中ni-cr-b-si中各種元素質(zhì)量百分比為：cr為12-18，b為2.5-4.5，si為2.5-4.5，c為0.7-1，其余為ni。其中fe-cr-b-si中各種元素質(zhì)量百分比為：cr為13-17，b為2.5-4.5，si為2.5-4.5，c為0.7-1，其余為fe。采用鋼制球磨罐進(jìn)行球磨混合，其中的磨球與金屬粉質(zhì)量比為3∶1，密封后打開(kāi)真空閥抽真空30分鐘，將球磨罐放入行星式球磨機(jī)，轉(zhuǎn)速為328r/min，倒向頻率30hz，進(jìn)行球磨混料時(shí)間為40分鐘。

（2）然后將高熵合金粉末與金剛石磨料進(jìn)行二次混合稱為成型料，二次混合按每立方厘米高熵合金粉末加入1.3克拉金剛石的標(biāo)準(zhǔn)加入，并于常溫下混合均勻，為成型料。

（3）再將成型料置于石墨模具進(jìn)行烘干，烘干參數(shù)為在金屬烘干爐中80℃進(jìn)行烘干8min。

（4）然后將烘干后的成型料放入模具中進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓壓力為250mpa，稱為坯體；

（5）將坯體放入金屬模具中，再將模具放在燒結(jié)爐內(nèi)，采用氬氣保護(hù)氣氛中進(jìn)行加壓燒結(jié)，燒結(jié)后為節(jié)塊。加壓燒結(jié)的具體工藝為：在氬氣保護(hù)下加壓燒結(jié)爐中加壓220mpa，燒結(jié)溫度范圍為870℃，保溫2分鐘。

實(shí)施例3

1.一種高熵合金燒結(jié)金剛石節(jié)塊的制作方法，包括下述工藝步驟：

（1）將預(yù)合金粉cu-sn、ni-cr-b-si、fe-cr-b-si、nahco3按一定質(zhì)量比33%：33%：33%：1%的質(zhì)量比例混合后球磨為高熵合金粉末，每千克高熵合金粉末添加4.5ml含10%重量聚乙烯醇的水溶液；其中所述的各預(yù)合金粉的原始粉末粒度目數(shù)范圍分別為：cu-sn：220～180μm，ni-cr-b-si：200～150μm，fe-cr-b-si：300～250μm，nahco3：200～150μm。其中cu-sn合金中sn含量的質(zhì)量百分比為50。其中ni-cr-b-si中各種元素質(zhì)量百分比為：cr為12-18，b為2.5-4.5，si為2.5-4.5，c為0.7-1，其余為ni。其中fe-cr-b-si中各種元素質(zhì)量百分比為：cr為13-17，b為2.5-4.5，si為2.5-4.5，c為0.7-1，其余為fe。采用鋼制球磨罐進(jìn)行球磨混合，其中的磨球與金屬粉質(zhì)量比為3∶1，密封后打開(kāi)真空閥抽真空25分鐘，將球磨罐放入行星式球磨機(jī)，轉(zhuǎn)速為350r/min，倒向頻率35hz，進(jìn)行球磨混料時(shí)間為35分鐘。

（2）然后將高熵合金粉末與金剛石磨料進(jìn)行二次混合稱為成型料，二次混合按每立方厘米高熵合金粉末加入1.5克拉金剛石的標(biāo)準(zhǔn)加入，并于常溫下混合均勻，為成型料。

（3）再將成型料置于石墨模具進(jìn)行烘干，烘干參數(shù)為在金屬烘干爐中80℃進(jìn)行烘干6min。

（4）然后將烘干后的成型料放入模具中進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓壓力為100mpa，稱為坯體；

（5）將坯體放入金屬模具中，再將模具放在燒結(jié)爐內(nèi)，采用氬氣保護(hù)氣氛中進(jìn)行加壓燒結(jié)，燒結(jié)后為節(jié)塊。加壓燒結(jié)的具體工藝為：在氬氣保護(hù)下加壓燒結(jié)爐中加壓150mpa，燒結(jié)溫度范圍為820℃，保溫7分鐘。