一種高致密度聚晶金剛石拉絲模的微波燒結制作工藝的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及拉絲模技術領域，尤其涉及一種高致密度聚晶金剛石拉絲模的微波燒 結制作工藝。
【背景技術】
[0002] 在金屬壓力加工中，在外力的作用下使金屬強行通過模具，金屬橫截面積被壓縮， 并獲得所需要的橫截面積、形狀和尺寸的工具稱為拉絲模，它是一種使金屬絲由粗到細，逐 步達到人們所需要的尺寸的工具，由模套和模芯兩部分組成，在使用的過程中，由于拉拔的 作用，會使模具發生不同程度的損傷，質量好的模具對于提高企業的生產效率，降低企業的 成本是至關重要的，要想降低成本，獲得穩定長時間的拉拔，精確地尺寸，較好的表面質量， 沒有高質量的拉絲模具是難以實現的。
[0003] 聚晶金剛石是用經過認真挑選的質量優良的人造金剛石單晶加上少量的硅、鈦等 結合劑，在高溫高壓的條件下聚合而成，以其高硬度、高耐磨性以及優良的性價比等特點越 來越受到拉絲行業的青睞，成為拉絲行業應用最廣泛的模芯材料，但是金剛石脆性較大，難 于加工，在制備模具以及模具的使用過程中會發生脆性爆裂，影響企業的產品質量，拉絲模 在模芯表面會進行鑲套保護模芯。拉絲模芯的鑲套是模具生產過程中的一個重要環節，其 中鑲套的成分以及鑲套工藝是直接影響拉絲模成品質量的重要因素。目前常用的金剛石拉 絲模鑲套方法有兩種：一種是熱鑲，一種是粉末鑲，其中以粉末鑲套最為突出，粉末鑲套的 燒結過程是鑲套制作工藝中的關鍵步驟，常用的燒結工藝包括無壓燒結、加壓燒結。
[0004] 微波燒結是一種利用微波加熱對材料進行燒結的方法，是近年來廣泛開展的一種 燒結新技術。與常規燒結相比，微波燒結具有燒結溫度低、時間短、加熱均勻等特點，可以有 效抑制晶粒長大，細化顯微組織，有利于改善燒結體的性能，因此選擇合適的鑲套用金屬粉 末的成分，控制微波燒結工藝，能夠提高模芯的利用率，得的綜合性能好的模具，延長模具 的使用壽命，提高生產的效率，降低生產成本。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供了一種高致密度聚晶金剛石拉絲模 的微波燒結制作工藝，實現了模具的鑲套制作工藝的優化，得到綜合性能好的模具，提高模 具制備過程中模芯的利用率，延長模具的使用壽命，增加模具的修復次數。
[0006] 本發明公開了一種高致密度聚晶金剛石拉絲模的微波燒結制作工藝，所述拉絲模 包括聚晶金剛石模芯、鑲套和具有內腔的鋼套，鑲套包裹模芯并設于鋼套的內腔中，鑲套由 頂部、底部和環繞模芯的周部組成，鑲套采用金屬粉末燒結而成；鑲套制作工藝包括如下步 驟：
[0007] S1、按質量百分比將34-37wt%的鐵粉、20-25wt%的鎳粉、15-19wt%的銅粉、 8-10wt%的鋁粉、8-10wt%的鋅粉、l-2wt%的錫粉、l-2wt%的鎂粉、2-3wt%的銀粉、 l-2wt%的磷粉、2-3wt%的鋅-30wt%錯中間合金粉混合均勻得到金屬粉，所述金屬粉的顆 粒度為160目左右；
[0008]S2、將鋼套放置在石墨模具中；稱取A單位S1中配制的金屬粉倒入鋼套中，震動石 墨模具使金屬粉均勻平整，將石墨壓柱插入石墨模具中壓住金屬粉，放入燒結機內進行冷 壓將金屬粉壓實形成鑲套底部；將聚晶金剛石模芯的其中一個端面粘接在鑲套底部上，聚 晶金剛石模芯與鋼套處于同一中心軸線上；稱取B單位S1中配制的金屬粉倒入鋼套中，使 金屬粉充滿聚晶金剛石模芯的周圍空間，震動石墨模具使金屬粉均勻平整，將石墨壓筒插 入石墨模具中壓住金屬粉，放入燒結機內進行冷壓將金屬粉壓實形成鑲套周部；
[0009]S3、稱取C單位S1中配制的金屬粉倒入鋼套中，震動石墨模具使金屬粉均勻平整， 將石墨壓柱插入石墨模具中壓住金屬粉，放入微波燒結機內進行微波燒結將金屬粉壓實形 成鑲套頂部；其中，微波燒結過程如下：以85%N2+15%H2為燒結氣氛，采用300-320W起始 輸入功率，待溫度升至380-400°C，將輸入功率調整為380-400W，待溫度升至450-480°C，將 輸入功率調整為300-320W，待溫度升至520-540°C，在520-540°C保溫60-80s;在微波燒結 過程中，鑲套底部、周部和頂部微波燒結形成一體鑲套，并且，鑲套、聚晶金剛石模芯和鋼套 微波燒結成一體形成聚晶金剛石拉絲模；
[0010]S4、降溫后取出得到高致密度聚晶金剛石拉絲模。
[0011] 優選地，所述金屬粉按質量百分比包括：35wt%的鐵粉、22wt%的鎳粉、16wt%的 銅粉、9wt%的錯粉、9wt%的鋅粉、1. 5wt%的錫粉、1. 5wt%的鎂粉、2. 2wt%的銀粉、lwt% 磷粉、2. 8wt%的鋅-30wt%錯中間合金粉。
[0012] 優選地，在S3的微波燒結過程中，以85%N2+15%H2為燒結氣氛，采用305-315W起 始輸入功率，待溫度升至390-395°C，將輸入功率調整為385-395W，待溫度升至455-475°C， 將輸入功率調整為305-315W，待溫度升至522-535°C，在522-535°C保溫65-75s。
[0013] 優選地，在S3的微波燒結過程中，以85%N2+15%H2為燒結氣氛，采用310W起始 輸入功率，待溫度升至393°C，將輸入功率調整為390W，待溫度升至460°C，將輸入功率調整 為310W，待溫度升至530°C，在530°C保溫72s。
[0014] 本發明中，通過采用新的鑲套用金屬粉配方和微波燒結工藝，提升了聚晶金剛石 拉絲模模套的綜合性能，提高模具制備過程中聚晶金剛石模芯的利用率，延長拉絲模具的 使用壽命，增加模具的修復次數。
[0015] 在本發明中，采用了新的鑲套用金屬粉配方，配方以鐵-鎳-銅系為基并添加了其 他元素組成。一方面，配方中提高了鋅的含量同時相應的調整了鎳、錫的含量，在降低成本 的同時，易于形成金屬間化合物，使形成的鑲套與模芯和鋼套緊密貼合，在模具使用過程中 不易剝落；另一方面，減小了金屬粉的顆粒大小，金屬粉末粒度為160目左右，細化了晶粒， 增加了形成鑲套的致密度，延長模具的使用壽命。
[0016] 在本發明中，優化了鑲套的工藝，采用了微波燒結的方法，一方面，微波燒結可以 通過降低活化能而降低燒結驅動力，使得材料相變點發生變化，從而降低了燒結溫度，縮 短了燒結時間，既可以節約能源，又由于燒結時間短，晶粒缺乏長大時間而獲得細小晶粒結 構，從而獲得更加優異的性能；另一方面，微波燒結過程中，由于內部電場和能量密度在晶 粒間的氣孔區域被增強，從而促使局部迅速致密化，有助于消除殘余氣孔和缺陷，使材料整 體均勻致密；同時在燒結過程中，通過設定合理的起始輸入功率，使得材料燒結過程中，孕 育期合理，同時根據溫度的變化，調整輸入功率，一方面可以防止出現熱點和熱失控，另一 方面，可以調整升溫速率，從而調控燒結過程。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發明中聚晶金剛石拉絲模的鑲套制作工藝流程圖。
[0018] 圖2是本發明中聚晶金剛石拉絲模的結構示意圖。
[0019] 圖3為本發明中進行鑲套底部冷壓成型的工作狀態示意圖。
[0020] 圖4為本發明中進行鑲套周部