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　　申请号：201611003865.9
申请人：北京科技大学
发明人：郭志猛 吴成义 孙江胜 李沛 舒进锋 吴庆华 郭雷辰 赵翔 吴立成 李琴 崔倩月

摘要： 一种金刚石夹心式硬质合金矿山凿岩钻头用球齿的制备方法，属于金刚石材料领域。本发明在常规硬质合金球齿截面中心事先设计和加工出φ1.3～3.0mm小孔，然后将人造金刚石颗粒和铜合金混合粉，通过装料和压制将人造金刚石混合粉在硬质合金小孔内形成高密度压坯，随后进行两段式烧结，即低温钎焊和高温固化，制备成金刚石夹心式硬质合金复合球齿。采用表面硬度、弹性模量和抗压强度都非常高的硬质合金小孔，作为金刚石颗粒物高强度、高刚度的支撑条件，能够对每颗金刚石颗粒提供一种在三维上能获得完全稳定的高负荷、三维高强度的刚性支撑条件，是金刚石颗粒在受到强大的剪切和冲击力的同时，能发挥高切削速度和高耐磨性，明显节省了金刚石的用量，适合大规模生产，投资低。 主权利要求：1.一种金刚石夹心式硬质合金复合球齿的制备方法，其特征在于具体步骤如下：1)在硬质合金球齿截面中心按照d/D≤0.15原则，采用人造金刚石夹心式球齿的生产工艺，在常规硬质合金球齿截面的中心处事先设计和加工出直径φ＜1.3～3.0mm的小孔，再将专门设计的人造金刚石颗粒和铜合金混合粉装入球齿小孔内压成高密度压坯，相对密度80％；2)采用两段式烧结工艺，即低温钎焊、高温扩散固化，最终制成人造金刚石夹心式球齿，首先在第一段较低烧结温度下用663铜合金粉作为钎焊料，完成低熔点合金包覆金刚石颗粒的任务；随后当第二段烧结温度提高后利用加入的铬铁和钛铁向663铜合金中扩散作用，提高铜合金中铬、钛、铁的含量，从而提高包覆合金熔点和强度。
2.根据权利要求1所述一种金刚石夹心式硬质合金复合球齿的制备方法，其特征在于人造金刚石夹心工艺中，使用的人造金刚石和铜合金混合粉成分为：人造金刚石颗粒50～60wt％，663青铜合金粉35～50wt％，铬铁粉3～7％，钛铁粉1.5～3wt％，另加入0.5～1wt％聚乙烯醇(PVA)混合液，将上述原料在U型混料机中混合1～2小时，随后在真空干燥箱中80℃干燥2～3h。
3.根据权利要求1所述一种金刚石夹心式硬质合金复合球齿的制备方法，其特征在于在人造金刚石夹心工艺中所使用的硬质合金成分为通用合金YG11C牌号，制备过程严格按照YG11C合金生产工艺生产；所得球齿的中心小孔为轴向贯通孔；中心孔内表面的粗糙度和中心孔垂直度均按烧结后自然态。
4.根据权利要求1所述一种金刚石夹心式硬质合金复合球齿的制备方法，其特征在于在人造金刚石夹心工艺中所采用的人造金刚石颗粒为人造金刚石颗粒状粉末，其粒度为0.1～0.35mm；选用晶型较好、刃口锋利的JR型人造金刚石粉。
5.根据权利要求1所述一种金刚石夹心式硬质合金复合球齿的制备方法，其特征在于在硬质合金球齿小孔内装入人造金刚石颗粒混合粉，其压坯压制压力为150～250MPa，孔内压坯使用高度h＝8mm时所需的混合粉重量W＝1/4·π·d2·h·D (克)，式中d-小孔直径(cm)、D-压坯密度(6.2～7.2)g/cm3。
6.根据权利要求1所述一种金刚石夹心式硬质合金复合球齿的制备方法，其特征在于混合料装入小孔后，用45号碳钢材质钢针冲头，钢针冲头直径为长度L＝[球齿高(H)-孔内粉坯高(h)﹢0.2]mm，插到球齿小孔内，转入压制位，将混合料在小孔内压制成高密度压坯，每颗钢针的单位压制压力为150～250MPa，钢针压入后不再取出。
7.根据权利要求1所述一种金刚石夹心式硬质合金复合球齿的制备方法，其特征在于当金刚石颗粒与铜合金混合粉在球齿小孔内压制成高密度压坯后应在两段式氢气保护烧结炉中烧结，一段700～750℃，二段800～820℃，每段30～40min，氢气截面流量0.3～0.5升/dm2，烧结后冷却出炉，即得所需产品。
8.根据权利要求1所述一种金刚石夹心式硬质合金复合球齿的制备方法，其特征在于当金刚石颗粒与铜合金混合粉在球齿小孔内压制成高密度压坯后，若在真空炉中两段式烧结时，其工艺参数为一段700～750℃，二段780～800℃，每段30～40min，真空度小于1.5×10-1Pa，烧结后冷却出炉即得所需产品。