具有高表面耐磨性的超硬材料刀头及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种具有高表面耐磨性的超硬材料刀头及其制造方法，所述具有高表面耐磨性的超硬材料刀头包括刀头，所述刀头的侧表面设有硬质耐磨相；刀头侧表面设有硬质耐磨相，大幅度提高了刀头表面耐磨性，保护内层胎体金属受磨损，维持刀头厚度尺寸，保障平稳的连续加工过程；刀头耐热抗氧化性增强，可有效避免因加工过程中产生的大量摩擦热而引起的胎体金属氧化失效，从而有效的增强了胎体对超硬磨料的机械把持力，提高工具的加工效率和使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种通过烧结制造的超硬材料刀头(亦称工作齿)，主要涉及超硬材料切割/钻削工具中的超硬材料刀头，还涉及其该超硬材料刀头的制造方法。
技术介绍
目前，用于加工石材、钢筋混凝土及陶瓷等超硬材料制品(锯片及工程薄壁钻)的结构型式绝大多数为烧结型节块式工作齿，少数为圆周式连续齿，金属结合剂节刀头的制作工艺通常是将超硬磨料(金刚石或立方氮化硼)与若干种单质金属粉末或预合金粉末混合均勻后，在冷压成型设备上冷压成所需形状和尺寸的块体，热压烧结成具有较高致密度及一定硬度的成品节块。通过焊接或直接热压烧结于钢质基体上制备出成品工具，然后在开刃机上对工作齿进行磨削开刃，使超硬磨粒凸出一定高度，便于起始切割/钻削。此种通用工艺所制备的刀头的特点是金属结合剂成分均勻的单体式节块，刀头在工作过程中易引发两个问题①金属结合剂烧结胎体自身会逐渐磨损减薄，导致刀头厚度尺寸变小，常常会减薄至与钢质基体厚度相当；②刀齿胎体磨损后，其对超硬磨粒的把持力降低，会导致超硬磨粒过早脱落，降低工具效能。这样，在石材加工或钢筋混凝土的钻削过程中就会带来很大的弊端在切割时会导致被加工工件的切缝宽度发生变化，工件的加工尺寸工精度变化较大，导致被加工件成品率的降低；而在钻削时，随着刀头厚度磨损减薄，易发生钻芯卡塞于钻筒内部，无法取出，或者，钻头本身卡塞于被加工件中，无法正常工作。
技术实现思路
本专利技术所要解决的第一个技术问题是提供一种表面硬度高，耐磨性强的具有高表面耐磨性的超硬材料刀头。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是具有高表面耐磨性的超硬材料刀头，所述刀头的侧表面设有硬质耐磨相。作为一种优选的技术方案，所述硬质耐磨相为设置在所述刀头表面的渗碳层、渗氮层或者强碳化物形成元素与金属结合剂反应形成的硬质耐磨层。作为一种优选的技术方案，所述强碳化物形成元素为Cr、W、V、Si和Ti中的一种或一种以上的组合。作为一种优选的技术方案，所述刀头包括烧结在一起的金属结合剂和超硬磨粒，所述超硬磨粒包括金刚石和立方氮化硼；所述超硬磨粒在所述刀头中的体积比浓度为9% 60% ；所述金刚石在所述超硬磨粒中的体积比浓度为20% 95%，所述立方氮化硼在所述超硬磨粒中的体积比浓度为5% 80%。作为一种优选的技术方案，所述金属结合剂的基础成分体系为i^-Ni-Co-Cu-Sn中三种以上元素的组合，所述金属结合剂的金属粉末为三元以上的预合金粉末和/或单质金属粉末。作为一种优选的技术方案，所述刀头包括平行设置且烧结在一起的至少三层叠片，所述叠片包括两个表层叠片和至少一个内层叠片，所述表层叠片的侧表面上设有硬质耐磨相。作为一种优选的技术方案，所述刀头的表层叠片超硬磨粒的体积比浓度高于所述刀头的内层叠片超硬磨粒的体积比浓度。由于采用了上述技术方案，具有高表面耐磨性的超硬材料刀头，所述刀头的侧表面设有硬质耐磨相；刀头侧表面设有硬质耐磨相，大幅度提高了刀头表面耐磨性，保护内层胎体金属受磨损，维持刀头厚度尺寸，保障平稳的连续加工过程；刀头耐热抗氧化性增强，可有效避免因加工过程中产生的大量摩擦热而引起的胎体金属氧化失效，从而有效的增强了胎体对超硬磨料的机械把持力，提高工具的加工效率和使用寿命。本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供三种具有高表面耐磨性的超硬材料刀头的制造方法。第一种具有高表面耐磨性的超硬材料刀头的制造方法，包括如下步骤步骤一将所述金属结合剂和所述超硬磨粒按比例混合均勻，将混合物放入热压烧结模具内烧结成型；步骤二 在高温装置中，对刀头进行表面渗碳/渗氮处理，在刀头的侧表面形成具有一定厚度的硬质金属碳化物/氮化物。第二种具有高表面耐磨性的超硬材料刀头的制造方法，包括如下步骤步骤一向金属结合剂中加入Cr、W、V、Si和Ti中的一种或一种以上组合的强碳化物形成元素；步骤二 将金属结合剂、超硬磨粒和强碳化物形成元素的混合物放入热压烧结模具烧结成型，在烧结过程中，所述强碳化物形成元素与金属结合剂的成分反应，在刀头侧表面形成具有一定厚度的硬质耐磨相。第三种具有高表面耐磨性的超硬材料刀头的制造方法，包括如下步骤步骤一将所述金属结合剂和所述超硬磨粒按比例混合均勻并在所述表层叠片的制备原料内添加高硬度的金属碳化物/氮化物；步骤二 将制造表层叠片和内层叠片的混合粉末分层投放到热压烧结模具中；步骤三通过热压烧结，使高硬度的金属碳化物/氮化物与金属结合剂牢固结合，在刀头侧表面形成具有一定厚度的硬质耐磨相。上述三种制造方法较为简单，完全适用于制造本专利技术的具有高表面耐磨性的超硬材料刀头。附图说明图1是本专利技术实施例锯片的结构示意图；图2是本专利技术实施例叠片的超硬磨粒浓度均勻的刀头结构示意图，并且图2是图1中的A-A向视图；图3是本专利技术实施例薄壁钻的结构示意图；图4是本专利技术实施例叠片的超硬磨粒浓度不均的刀头结构示意图，并且图4是图3中的B-B向视图；图5是图4中刀头使用一段时间后的结构示意图6是图4中刀头设置排屑层后的结构示意图；图7是图6中刀头使用一段时间后的结构示意图；图中1-刀头；2-表层叠片；3-内层叠片；4-硬质耐磨相；5-排屑层。具体实施例方式下面结合附图和实施例，进一步阐述本专利技术。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本专利技术的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本专利技术的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。具有高表面耐磨性的超硬材料刀头，包括刀头1，所述刀头1包括烧结在一起的金属结合剂和超硬磨粒，所述金属结合剂的基础成分体系为i^-Ni-Co-Cu-Sn中三种以上元素的组合，所述金属结合剂的金属粉末为三元以上的预合金粉末和/或单质金属粉末；所述超硬磨粒包括金刚石和立方氮化硼。所述超硬磨粒在所述刀头1中的体积比浓度为9 % 60 %。所述金刚石在所述超硬磨粒中的体积比浓度为20 % 95 %，所述立方氮化硼在所述超硬磨粒中的体积比浓度为5% 80%。如图2所示，所述刀头1包括平行设置且烧结在一起的至少三层叠片，所述叠片包括两个表层叠片2和至少一个内层叠片3，所述表层叠片2的硬度和耐磨性高于所述内层叠片3的硬度和耐磨性，所述表层叠片2的侧表面上设有硬质耐磨相4，所述刀头1的表层叠片2超硬磨粒的体积比浓度高于所述刀头的内层叠片3超硬磨粒的体积比浓度。如图4所示，以具有三层叠片的刀头为例，对表层叠片2和内层叠片3的超硬磨粒浓度进行差异化设计，表层叠片2和超硬磨粒浓度高于内层叠片3的超硬磨粒浓度，硬质耐磨相4设置于所述表层叠片2的外侧，使用过程中，内层叠片3最易磨损，表层叠片2次之，最外侧的硬质耐磨相4的耐磨性能最好，这样，在刀头1的端部呈现“U”状，如图5所示，能够减小刀头在加工过程中的切割/钻削阻力，使刀头在与被加工件紧密接触的连续加工过程中始终像车轮置于轨道上一样保持准确的加工轨迹和加工精度，提高超硬磨粒的利用率，改善工具的锋利度和使用寿命。如图6所示，在表层叠片2和内层叠片3之间设置不含超硬磨粒的排屑层5，使用过程中，排屑层5最易被磨损，然后依次是内层叠片3、表层叠片2和硬质耐磨相4，这样的刀头使用一段时间后，端部呈现如图7所示的形状。下面简单介绍本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，
申请(专利权)人：山东日能超硬材料有限公司，
类型：发明
国别省市：