专利名称：一种新型铝基金属结合剂金刚石工具及其制备方法
技术领域：
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本发明涉及金属结合剂金刚石工具及其制造方法，尤其是涉及适用于 有关材料的修整和抛光的铝基金属结合剂金刚石工具。
背景技术：
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树脂结合剂金刚石工具和金属结合剂金刚石工具一直用于玻璃、陶瓷 等材料的表面或端面的磨削和/或研磨(以后统称"磨削")。
树脂结合剂金刚石工具虽然磨削光滑性好，但在制备和使用过程中会 对环境和操作人员造成危害。而且，耐磨性差，使用寿命短，易使磨削对 象产生弯边造成废品，需对金刚石工具频繁调整，费时费力。另外，树脂 结合剂金刚石工具虽然制备方便，但二次固化费时较长，使生产周期过长。
用于玻璃、陶瓷等脆性材料磨削用金属结合剂金刚石工具的金属结合
剂已公开的有Cu-Sn系，如专利文献1日本特开昭58-217271号公 报专利文献2日本特开平2-76680号公报专利文献3日本特开 2001-246566号公报;Fe-Cu-Sn系(如专利文献1)， Co-Cu-Sn系(如专 利文献1及3)和Ni-Cu-Sn系(如专利文献4日本特开平10-230464 号公报专利文献5中国专利公开号CN1541808A);对于Cu-Sn系金属 结合剂，为提高金刚石工具的切割性能，结合剂中一般Sn成分较多，使 Cu-Sn系结合剂金刚石工具的寿命较短；Fe-Cu-Sn系金属结合剂随Fe含 量的增加，金刚石工具的寿命增长，但在进行湿式磨削后，金刚石工具的 结合剂面生锈，在下次磨削开始后其转移至被磨削材料上，产生污浊； Co-Cu-Sn系金属结合剂不生锈，但随Co添加量的增加，成为硬结合剂，
使切割性降低，另外Co含量的增加也使金刚石工具的成本大大增加。
对于Ni-Cu-Sn系金属结合剂，为使金刚石工具寿命延长， 一般将Ni 量设定得较高，但随Ni含量的增高，烧结温度较高。为得到高密度的烧 结体，在烧结需施加高压，如使用加热不变形的石墨模具，模具在高温高 压下氧化、磨耗显著，需频繁更新，而适合高压烧结且模具更换频率小的 耐热合金或耐热钢材具有烧结温度上限，使结合剂中Ni的含量受到限制， 影响工具的使用寿命。
专利文献5在含Ni量高于40%的Ni-Cu-Sn系金属结合剂中加入Ag 使结合剂的烧结温度降低至65(TC 85(TC之间，可以采用耐热合金或耐热 钢材模具进行烧结，制得了使用寿命长适用于玻璃、陶瓷等脆性材料磨削 的砂轮，但Ni-Cu-Sn-Ag系金属结合剂成本很高。
发明内容
本发明的目的在于为了克服现有树脂结合剂金刚石工具使用寿命短， 以及己公开的金属结合剂金刚石工具的缺点，而提供一种具有磨削锋利， 磨削表面平整度和光滑性好，使用寿命长，烧结温度低，成本低，兼具环
保性的Al系金属结合剂金刚石工具及其制造方法。
本发明是通过如下技术方案来达到上述目的的本发明的新型金属结 合剂金刚石工具是以Al作为结合剂的基础成分，由金属结合剂与金刚石 磨粒结合而构成，所述金属结合剂包括如下成份(重量百分比)
Al: 2 0 9 0% Cu: 10 50%
作为上述Al及Cu的部分替换物，上述金属结合剂中还可添加(重量 百分比)
Sn: 0 30% Ti: 0 20%
Mg: 1 0 2 0 % Zn:0 1 0 %
Ni: 0 20% Co: 0 20%。
Si: 0 2 0 % Ag:0 2 0 %
的一种或几种组合。所述金属是采用纯金属粉末或包含两个以上组分 的合金。
作为上述A1及Cu的部分替换物，上述金属结合剂中还可添加增强材 料如石墨、氧化铝等(重量百分比)0 6%。
另外，本发明提供了金属结合剂金刚石工具的制造方法，其用金属结 合剂将金刚石磨粒结合，包括
(a) 按结合剂化学组成称取所需量的各组分，得到结合剂粉末混合 物，将该结合剂粉末混合物与金刚石磨粒混合；
(b) 使用模具，在200 70(TC下对所述金属粉末和金刚石磨粒的混 合物烧结。
在上述制造方法中，金刚石磨粒的粒度、型号、浓度根据加工对象的 材质和加工要求选定。
采用上述配方及工艺的本发明优点在于
本发明克服了树脂结合剂金刚石工具和已公开的金属结合剂金刚石工 具的不利之处，本发明研制出Al系金属结合剂金刚石工具及其制造方法， 采用了对金刚石磨粒结合性好并能够牢固把持的Al系金属结合剂，产品 磨削锋利，使用寿命长，烧结温度低，成本低，有利于金刚石的防氧化保 护和节约能源，有利于降低模具损耗。同时被磨削表面平整度和光滑性好。
本发明的金属结合剂，添加Cu、 Ni、 Co增加结合剂的导热性或强度， 添加Ag、 Mg、 Zn、 Ti等增加结合剂的韧性及结合剂对金刚石的把持力。
具体实施例 实施例1:
结合剂组成Al: 20% Cu : 37%Ag: 13%
Ti : 10% Zn :10% Mg: 12%
其余材料5% 金刚石粒度140/170，浓度60%
按照上述结合剂成分和金刚石磨具规格分别称量相应的粉末，加入要 求浓度量的金刚石，加入适量石蜡后，在混料机上充分混合24小时，备用。
将混合均匀的粉料装入模具，放入气氛保护的烧结炉中热压烧结，烧 结温度为5 5 0。C，保温30分钟，压力为150吨
烧结完成后，脱模，将刀头焊接到铝合金基体上，即得到节块式铝基 金刚石磨具。
实施例2:
结合剂组成..Al: 7 2% Cu: 10% Ag: 14%
Ti : 2% Co: 2% 金刚石粒度120/140，浓度45%
按照上述结合剂成分和金刚石磨具规格分别称量相应的粉末，加入
要求浓度量的金刚石，加入适量石蜡后，在混料机上充分混合24小时，备用。
将混合均匀的粉料和铝合金基体装入模具，放入气氛保护的烧结炉中 热压烧结，烧结温度为2 8(TC,保温30分钟，压力为150吨
烧结完成后
脱模，即得到整体式铝基金刚石磨具。
实施例3:
结合剂组成
A150%
Cu: 26%
Sn: 6%
Ni : 5%
Mg:腦
C: 3%
金刚石粒度120/140,浓度65°/o
按照上述结合剂成分和金刚石磨具规格分别称量相应的粉末，加
入要求浓度量的金刚石，加入适量石蜡后，在混料机上充分混合24小时，备用。
将混合均匀的粉料装入模具，放入气氛保护的烧结炉中热压烧结，烧
结温度为45(TC，保温30分钟，压力为120吨
烧结完成后，脱模，将刀头焊接到铝合金基体上，即得到节块式铝基 金刚石磨具。
实施例4:
结合剂组成A16 8% Cu: 20%
按照上述结合剂成分和金刚石磨具规格分别称量相应的粉末，加入要
求浓度量的金刚石，加入适量石蜡后，在混料机上充分混合24小时，备用。
将混合均匀的粉料和铝合金基体装入模具，放入气氛保护的烧结炉中 热压烧结，烧结温度为58(TC,保温10分钟，压力为100吨
Zn: 8%
Ti : 1%
A1203: 5%
金刚石粒度120/140,浓度45%
烧结完成后，脱模，即得到整体式铝基金刚石磨具。 实施例5:
结合剂组成Al-40Cu: 74% Zn: 10%
Ti : 3% Mg: 10%C: 3%
金刚石粒度120/140，浓度65%
首先制备含40%Cu的Al-Cu合金粉，按照上述结合剂成分和金刚石磨 具规格分别称量相应的粉末，加入要求浓度量的金刚石，加入适量石蜡后， 在混料机上充分混合24小时，备用。
将混合均匀的粉料装入模具，放入气氛保护的烧结炉中热压烧结，烧 结温度为68(TC，保温20分钟，压力为120吨
烧结完成后，脱模，将刀头焊接到铝合金基体上，即得到节块式铝基 金刚石磨具。
采用了本发明配方范围的Al系金刚石磨具，经实验与现有技术及低含 量的Al基金刚石磨具相比具有显著的性能优势，这也是现有的Al基金刚石
磨具无法推广应用的主要原因。
权利要求
1、 一种新型铝基金属结合剂金刚石工具，以A1作为结合剂的基础成 分，由金属结合剂与金刚石磨粒结合而构成，其特征在于，该金属结合剂 是以Al作为结合剂的基础成分，所述金属结合剂包括如下成份(重量百分比)Al: 20 90% Cu: 10 50% 。
2、 根据权利要求1所述新型铝基金属结合剂金刚石工具，其特征在 于，作为上述Al及Cu的部分替换物，上述金属结合剂中还添加有下述成 份的一种或几种组合(重量百分比)Sn: 0 30% Mg: 10 2 0%Ni: 0 20% Si: 0 2 0 %Ti: 0 20% Zn:0 1 0 %Co: 0 20%。 Ag:0 2 0%
3、 根据权利要求2所述新型铝基金属结合剂金刚石工具，其特征在 于，所述金属是采用纯金属粉末或包含两个以上组分的合金。
4、 根据权利要求1所述新型铝基金属结合剂金刚石工具，其特征在 于，作为上述Al及Cu的部分替换物，上述金属结合剂中还添加有增强材 料0 6% (重量百分比)。
5、 一种制造权利要求1-4任一项所述的新型铝基金属结合剂金刚石 工具的方法，其特征在于，它是用金属结合剂与金刚石磨粒在低于7 0 0 x:结合，包括如下工艺步骤(a)按所述的金属结合剂化学组成称取所需量的各组分粉末，得到 结合剂粉末混合物，将该结合剂粉末混合物与金刚石磨粒混合；(b)使用模具，在200 7 O(TC下对所述金属粉末和金刚石磨粒的 混合物烧结即可。
6、如权利要求5所述制造新型铝基金属结合剂金刚石工具的方法， 其特征在于，所述的新型金属结合剂金刚石工具的制造方法为先烧结刀 头，再焊接到基体上，或者将粉末与基体冷压后整体烧结，或者将粉末与 基体直接热压成型。
全文摘要
本发明公开了一种新型铝基金属结合剂金刚石工具，它是以Al作为结合剂的基础成分，由金属结合剂与金刚石磨粒结合而构成，其特征在于，该金属结合剂是以Al作为结合剂的基础成分，所述金属结合剂包括如下成份(重量百分比)Al20～90％；Cu10～50％。本发明还提供了上述金属结合剂金刚石工具制造工艺。上述金刚石工具具有如下特点1.磨削锋利，不堵塞，噪音小；2.修整的陶瓷砖四边平整、光滑，且尺寸保持性好，不易产生弯边；3.使用寿命长，是同等规格树脂金刚石磨具的3倍以上；4.生产成本低；5.烧结温度低，节省能源；6.生产周期短，制备方便。
文档编号B24D18/00GK101121253SQ200610037510
公开日2008年2月13日 申请日期2006年9月6日 优先权日2006年9月6日
发明者刘雪敬, 王双喜, 彪 耿, 黄国权 申请人:佛山市地天泰磨具有限公司