本发明涉及超硬复合刀具技术领域，具体为一种超硬复合刀具及其制造方法。

背景技术：

目前，常规的切削加工领域仍然是以高速钢与硬质合金刀具为主，高速、高效切削技术的发展，促进了超硬刀具等的发展，尤其对于硬质切削等难切削领域，硬质合金刀具等常以标准刀片、焊接到钢质刀杆上或者整体异形刀具等形式应用于各类切削领域；超硬刀具的应用常以复合片的形式切割为小粒高频钎焊焊接到硬质合金标准刀片刀尖处，以及通过高频钎焊焊接到钢质刀杆上，或者以整体片的形式刃磨为相应规格的标准刀片，以及切割为三角形小粒通过真空焊接到硬质合金标准刀片刀尖处，由于切割的刀粒较小，进行高频钎焊时易出现脱焊、分层等情况；真空焊接时，一方面，加工工序复杂、焊接成本较高，另一方面，超硬整体片原料消耗较多且不利于快速烧结。而且由于焊接面积较小，影响了超硬材料刀具的应用范围。。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种超硬复合刀具及其制造方法，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种超硬复合刀具，包括刀头和合金刀体，所述刀头为扇形结构，所述刀头从刀尖至刀背依次包括超硬层、过渡层和硬质合金层，所述合金刀体的端部设置仿形圆弧面刀窝，所述刀头的硬质合金层与仿形圆弧面刀窝的内壁钎焊焊接；

所述超硬层材料为金刚石或立方氮化硼粉末，所述超硬层内的粘结剂为al、co、ni、ti、w中的一种或多种与金属氮化物、碳化物、氧化物中的一种或多种粉末的混合物，所述过渡层材料为金刚石或立方氮化硼粉末，所述过渡层的粘结剂为al、co、ni的单质粉末或合金化粉末，所述硬质合金层为co含量8%~20%的yg或yt硬质合金，所述合金刀体为co含量5%~16%的yg或yt硬质合金。

作为本发明的一种优选技术方案，所述超硬层原料配的百分比重为，金刚石或立方氮化硼粉末占比40~95%，al、co、ni、ti、w中一种或多种占比5~20%，金属氮化物、碳化物或氧化物中的一种或多种占比2~40%，所述过渡层原料配的百分比重为，金刚石或立方氮化硼粉末占比60~80%，al、co、ni的单质粉末或合金化粉末占比20~40%；

所述金刚石或立方氮化硼粉末粒度为1~40μm，粘结剂粉末粒度为1～10μm。

作为本发明的一种优选技术方案，所述超硬层和过渡层的粘结剂中co占比不低于6%。

作为本发明的一种优选技术方案，所述硬质合金层的竖直截面为“l”形，所述过渡层的竖直截面为“l”形，所述超硬层、过渡层和硬质合金层从上至下依次布置，所述硬质合金层的外弧侧面和水平底面分别与仿形圆弧刀窝内壁钎焊焊接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述硬质合金层的竖直截面为“┤”形，所述过渡层的竖直截面为“l”形，所述过渡层对称分布在硬质合金层的水平臂两侧，所述超硬层布置在过渡层的拐角内部，所述硬质合金层的外弧侧面与仿形圆弧刀窝内壁钎焊焊接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述过渡层和硬质合金层的结合面为平面或相互配合的螺纹面。

还提供了一种超硬复合刀具的制造方法，包括以下步骤：

步骤一：硬质合金层和合金刀体的预处理，将所述硬质合金层与合金刀体置于反应釜中，且反应釜中加入比例为1：3的hf与hno3的混合酸溶液，加热70℃处理3分钟后取出备用；

步骤二：组装，取回转形硬质合金筒体，在合金筒体内壁填充筒状的过渡层，在过渡层内壁填充实心的超硬层，得到实心的复合圆柱体a；

在复合圆柱体a外侧依次套装杯状的锆杯、钼杯、石墨杯，所述石墨杯外部套装陶瓷管，所述陶瓷管，所述锆杯、钼杯、石墨杯的开口齐平，所述锆杯、钼杯、石墨杯的开口处设置石墨片，所述石墨片上方设置钛合金片，所述陶瓷管两端开口处设置博士帽堵头，所述博士帽堵头的内部与钛合金片挤压接触，得到组装体b；

将组装体b装入叶腊石块内部，得到组装体c；

步骤三：烧结，将组装体c放入六面定压机腔体内高温高压烧结成型，得到前驱体d，其中烧结温度为1500-1800℃，烧结压力为5.5-6.0gpa；

步骤四：整形和切割，以平面磨削和外圆磨削的方式对前驱体d的端面和外圆周面进行磨削，加工至厚度为5-5.5mm、直径为9-10mm的复合圆柱体e，沿径向对复合圆柱体e进行切割，得到多个扇形的扇形体f；

步骤五：焊接面处理，将扇形体f的硬质合金层的预焊接面进行喷铸钢砂处理，然后再用丙酮溶剂进行表面净化处理，烘干备用；

步骤六：焊接和机加工，将扇形体f的预焊接面与合金刀体的仿形圆弧面刀窝内壁通过钎焊焊接为一体，得到焊接体g，通过平面磨削、周边磨削和刃磨工艺对焊接体g的主切削刃和副切削刃及对应刀面进行磨削，得到刀具成品。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1．本发明超硬复合刀具硬质合金层与具有仿形圆弧面的硬质合金刀体实现钎焊焊接为一体，相较于传统的复合式焊接工艺，本发明的制造方法增大了合金刀体有效焊接面积，提高了焊接强度，降低了因焊接面积较小而焊接不牢固的掉头风险，外层硬质合金的存在有利于进行各类异形刀具的加工，扩大了超硬钎焊刀具的应用范围。

2．本发明具有超硬层、过渡层和硬质合金层的复合圆柱体e直接切割为扇形体f，钎焊焊接于合金刀体，超硬复合圆柱体e的外部硬质合金层比超硬层更易磨削加工，且可以直接进行电火花线切割，并与合金刀体或钢质基体通过钎焊焊接为一体，解决了超硬聚晶体磨削效率低以及激光切割与真空焊接工艺复杂与制造成本较高的问题，简化了刀具制造工艺，降低了生产成本，提高了刀具制造生产效率。

3．本发明超硬层具有较高的超硬材料粉末含量，加入金属与陶瓷混合的粘结剂提高了超硬层的耐磨性与作为刀具应用的切削寿命，过渡层中加入大量的金属粘结剂，高温高压烧结时与超硬层及硬质合金层均具有的良好浸润性并相互扩散，实现了超硬层与硬质合金层间的致密烧结结合，超硬层与过渡层中co质量百分比不低于6%的加入，均匀分散于超硬层与过渡层中实现良好的烧结结合，并能在超硬层、过渡层与硬质合金层内相互扩散，实现了超硬层与过渡层具有导电性而利于进行电加工，提高了超硬层连接过渡层与硬质合金层的烧结结合强度。

附图说明

图1为本发明第一种刀头的示意图；

图2为本发明第二种刀头的示意图；

图3为本发明第三种刀头的示意图；

图4为本发明刀头内两种过渡层与硬质合金层结合面的示意图；

图5为本发明组装体c示意图；

图6为本发明焊接体g示意图；

图7为本发明第二种焊接体g示意图；

图8为本发明第三种焊接体g示意图；

图9为本发明第四种焊接体g示意图；

图10为本发明第五种焊接体g示意图；

图11为本发明第六种焊接体g示意图；

图12为本发明复合圆柱体e示意图；

图13为本发明第二种复合圆柱体e示意图；

图14为本发明第三种复合圆柱体e示意图；

图15为本发明第四种复合圆柱体e示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

请参阅图1、图5、图12，本发明提供一种技术方案：一种超硬复合刀具，包括刀头和合金刀体，所述刀头为扇形结构，所述刀头从刀尖至刀背依次包括超硬层1、过渡层2和硬质合金层3，所述合金刀体的端部设置仿形圆弧面刀窝，所述刀头的硬质合金层3与仿形圆弧面刀窝的内壁钎焊焊接；

所述超硬层1的超硬材料粉末为粒度为2~10μm、含量为90%的金刚石粉末，且超硬层1的粘结剂为粒度为1~3μm的8%co粉末与2%碳化硅粉末，所述过渡层组分按质量百分比计，所述过渡层2的超硬材料粉末为粒度为2~10μm、含量为75%的金刚石粉末，且过渡层2的粘结剂粉末为粒度为1~3μm的25%co粉末，所述硬质合金层3为co含量为13%的yg硬质合金，所述具有仿形圆弧面刀窝的合金刀体为co含量为8%的yg硬质合金；

按以下步骤进行处理：

步骤一：硬质合金层3和合金刀体的预处理，将所述硬质合金层3与合金刀体置于反应釜中，且反应釜中加入比例为1：3的hf与hno3的混合酸溶液，加热70℃处理3分钟后取出备用；

步骤二：组装，取回转形硬质合金筒体，在合金筒体内壁填充筒状的过渡层，在过渡层内壁填充实心的超硬层，得到实心的复合圆柱体a；

在复合圆柱体a外侧依次套装杯状的锆杯4、钼杯5、石墨杯6，所述石墨杯6外部套装陶瓷管8，所述陶瓷管8，所述锆杯4、钼杯5、石墨杯6的开口齐平，所述锆杯4、钼杯5、石墨杯6的开口处设置石墨片7，所述石墨片7上方设置钛合金片9，所述陶瓷管8两端开口处设置博士帽堵头10，所述博士帽堵头10的内部与钛合金片9挤压接触，得到组装体b；

将组装体b装入叶腊石块11内部，得到组装体c；

步骤三：烧结，将组装体c放入六面定压机腔体内高温高压烧结成型，得到前驱体d，其中烧结温度为1500℃，烧结压力为5.5gpa；

步骤四：整形和切割，以平面磨削和外圆磨削的方式对前驱体d的端面和外圆周面进行磨削，加工至厚度为5.2mm、直径为10mm的复合圆柱体e，沿径向对复合圆柱体e进行切割，得到多个扇形的扇形体f；

步骤五：焊接面处理，将扇形体f的硬质合金层的预焊接面进行喷铸钢砂处理，然后再用丙酮溶剂进行表面净化处理，烘干备用；

步骤六：焊接和机加工，将扇形体f的预焊接面与合金刀体的仿形圆弧面刀窝内壁通过钎焊焊接为一体，得到焊接体g，通过平面磨削、周边磨削和刃磨工艺对焊接体g的主切削刃和副切削刃及对应刀面进行磨削，得到刀具成品；

其中过渡层2弧形面厚度为2mm，硬质合金层3弧形面厚度为2mm；

其中合金刀体的形状为三角形合金、菱形合金以及凸三角形合金中任意一种，所述仿形圆弧面刀窝处于顶点处，且仿形圆弧面刀窝直径与硬质合金层3外弧面半径一致。

实施例二：

参阅图2、图6、图8-11，一种超硬复合刀具，包括刀头和合金刀体，所述刀头为扇形结构，所述刀头从刀尖至刀背依次包括超硬层1、过渡层2和硬质合金层3，所述合金刀体的端部设置仿形圆弧面刀窝，所述刀头的硬质合金层3与仿形圆弧面刀窝的内壁钎焊焊接；

所述超硬层1的超硬材料粉末为粒度为2~16μm、含量为85%的立方氮化硼粉末，且超硬层1的粘结剂为粒度为1~3μm的4%al粉末、6%co粉末与5%氮化钛粉末，所述过渡层2组分按质量百分比计，所述过渡层2的超硬材料粉末为粒度为2~20μm、含量为70%的立方氮化硼粉末，且过渡层2的粘结剂粉末为粒度为1~2μm的15%al粉末与15%co粉末，所述硬质合金层3为co含量为16%的yg硬质合金，所述具有仿形圆弧面与底面刀窝的合金刀体为co含量为11%的yg硬质合金，所述具有仿形圆弧面与底面刀窝的钢质基体29为模具钢；

所述硬质合金层3的竖直截面为“l”形，所述过渡层2的竖直截面为“l”形，所述超硬层1、过渡层2和硬质合金层3从上至下依次布置，所述硬质合金层3的外弧侧面和水平底面分别与仿形圆弧刀窝内壁钎焊焊接；

按以下步骤进行处理：

步骤一：硬质合金层3和合金刀体的预处理，将所述硬质合金层3与合金刀体置于反应釜中，且反应釜中加入比例为1：3的hf与hno3的混合酸溶液，加热70℃处理3分钟后取出备用；

步骤二：组装，取回转形硬质合金筒体，在合金筒体内壁填充筒状的过渡层，在过渡层内壁填充实心的超硬层，得到实心的复合圆柱体a；

在复合圆柱体a外侧依次套装杯状的锆杯4、钼杯5、石墨杯6，所述石墨杯6外部套装陶瓷管8，所述陶瓷管8，所述锆杯4、钼杯5、石墨杯6的开口齐平，所述锆杯4、钼杯5、石墨杯6的开口处设置石墨片7，所述石墨片7上方设置钛合金片9，所述陶瓷管8两端开口处设置博士帽堵头10，所述博士帽堵头10的内部与钛合金片9挤压接触，得到组装体b；

将组装体b装入叶腊石块11内部，得到组装体c；

步骤三：烧结，将组装体c放入六面定压机腔体内高温高压烧结成型，得到前驱体d，其中烧结温度为1500℃，烧结压力为6gpa；

步骤四：整形和切割，以平面磨削和外圆磨削的方式对前驱体d的端面和外圆周面进行磨削，加工至厚度为5mm、直径为10mm的复合圆柱体e，沿径向对复合圆柱体e进行切割，得到多个扇形的扇形体f；

步骤五：焊接面处理，将扇形体f的硬质合金层的预焊接面进行喷铸钢砂处理，然后再用丙酮溶剂进行表面净化处理，烘干备用；

步骤六：焊接和机加工，将扇形体f的预焊接面与合金刀体的仿形圆弧面刀窝内壁通过钎焊焊接为一体，得到焊接体g，通过平面磨削、周边磨削和刃磨工艺对焊接体g的主切削刃和副切削刃及对应刀面进行磨削，得到刀具成品；

其中过渡层2弧形面厚度为2mm，硬质合金层3弧形面厚度为2mm；

其中合金刀体的形状为三角形合金、菱形合金以及凸三角形合金中任意一种，所述仿形圆弧面刀窝处于顶点处，且仿形圆弧面刀窝直径与硬质合金层3外弧面半径一致。

步骤二中的硬质合金筒体为截面为“h”形的回转体筒，在步骤四整形切割时，增加在合金套筒水平板中面的切割，使最终扇形体f的硬质合金层3具有外弧面3a和水平外底面3b两个预焊接面，增加与合金刀体的焊接面积。

实施例三：

参阅图3、图7、图13，一种超硬复合刀具，包括刀头和合金刀体，所述刀头为扇形结构，所述刀头从刀尖至刀背依次包括超硬层1、过渡层2和硬质合金层3，所述合金刀体的端部设置仿形圆弧面刀窝，所述刀头的硬质合金层3与仿形圆弧面刀窝的内壁钎焊焊接；

所述超硬层1的超硬材料粉末为粒度为2~16μm、含量为85%的立方氮化硼粉末，且超硬层1的粘结剂为粒度为1~3μm的4%al粉末、6%co粉末与5%氮化钛粉末，所述过渡层2组分按质量百分比计，所述过渡层2的超硬材料粉末为粒度为2~20μm、含量为70%的立方氮化硼粉末，且过渡层2的粘结剂粉末为粒度为1~2μm的15%al粉末与15%co粉末，所述硬质合金层3为co含量为16%的yg硬质合金；

所述硬质合金层3的竖直截面为“┤”形，所述过渡层2的竖直截面为“l”形，所述过渡层2对称分布在硬质合金层3的水平臂两侧，所述超硬层1布置在过渡层2的拐角内部，所述硬质合金层3的外弧侧面与仿形圆弧刀窝内壁钎焊焊接。

按以下步骤进行处理：

步骤一：硬质合金层3和合金刀体的预处理，将所述硬质合金层3与合金刀体置于反应釜中，且反应釜中加入比例为1：3的hf与hno3的混合酸溶液，加热70℃处理3分钟后取出备用；

步骤二：组装，取回转形硬质合金筒体，在合金筒体内壁填充筒状的过渡层，在过渡层内壁填充实心的超硬层，得到实心的复合圆柱体a；

在复合圆柱体a外侧依次套装杯状的锆杯4、钼杯5、石墨杯6，所述石墨杯6外部套装陶瓷管8，所述陶瓷管8，所述锆杯4、钼杯5、石墨杯6的开口齐平，所述锆杯4、钼杯5、石墨杯6的开口处设置石墨片7，所述石墨片7上方设置钛合金片9，所述陶瓷管8两端开口处设置博士帽堵头10，所述博士帽堵头10的内部与钛合金片9挤压接触，得到组装体b；

将组装体b装入叶腊石块11内部，得到组装体c；

步骤三：烧结，将组装体c放入六面定压机腔体内高温高压烧结成型，得到前驱体d，其中烧结温度为1500℃，烧结压力为5.5gpa；

步骤四：整形和切割，以平面磨削和外圆磨削的方式对前驱体d的端面和外圆周面进行磨削，加工至厚度为5.2mm、直径为10mm的复合圆柱体e，沿径向对复合圆柱体e进行切割，得到多个扇形的扇形体f；

步骤五：焊接面处理，将扇形体f的硬质合金层的预焊接面进行喷铸钢砂处理，然后再用丙酮溶剂进行表面净化处理，烘干备用；

步骤六：焊接和机加工，将扇形体f的预焊接面与合金刀体的仿形圆弧面刀窝内壁通过钎焊焊接为一体，得到焊接体g，通过平面磨削、周边磨削和刃磨工艺对焊接体g的主切削刃和副切削刃及对应刀面进行磨削，得到刀具成品；

其中过渡层2弧形面厚度为2mm，硬质合金层3弧形面厚度为2mm；

其中合金刀体的形状为三角形合金、菱形合金以及凸三角形合金中任意一种，所述仿形圆弧面刀窝处于顶点处，且仿形圆弧面刀窝直径与硬质合金层3外弧面半径一致。

步骤二中的硬质合金筒体为截面为“h”形的回转体筒。

实施例四：

参阅图4，一种超硬复合刀具，包括刀头和合金刀体，所述刀头为扇形结构，所述刀头从刀尖至刀背依次包括超硬层1、过渡层2和硬质合金层3，所述合金刀体的端部设置仿形圆弧面刀窝，所述刀头的硬质合金层3与仿形圆弧面刀窝的内壁钎焊焊接；

所述超硬层1的超硬材料粉末为粒度为2~10μm、含量为90%的金刚石粉末，且超硬层1的粘结剂为粒度为1~3μm的8%co粉末与2%碳化硅粉末，所述过渡层2组分按质量百分比计，所述过渡层2的超硬材料粉末为粒度为2~10μm、含量为75%的金刚石粉末，且过渡层2的粘结剂粉末为粒度为1~3μm的25%co粉末，所述硬质合金层3为co含量为16%的yg硬质合金，所述具有仿形圆弧面刀窝的合金刀体为co含量为15%的yg硬质合金；

所述过渡层2和硬质合金层3的结合面为平面或相互配合的螺纹面；

按以下步骤进行处理：

步骤一：硬质合金层3和合金刀体的预处理，将所述硬质合金层3与合金刀体置于反应釜中，且反应釜中加入比例为1：3的hf与hno3的混合酸溶液，加热70℃处理3分钟后取出备用；

步骤二：组装，取回转形硬质合金筒体，在合金筒体内壁填充筒状的过渡层，在过渡层内壁填充实心的超硬层，得到实心的复合圆柱体a；

在复合圆柱体a外侧依次套装杯状的锆杯4、钼杯5、石墨杯6，所述石墨杯6外部套装陶瓷管8，所述陶瓷管8，所述锆杯4、钼杯5、石墨杯6的开口齐平，所述锆杯4、钼杯5、石墨杯6的开口处设置石墨片7，所述石墨片7上方设置钛合金片9，所述陶瓷管8两端开口处设置博士帽堵头10，所述博士帽堵头10的内部与钛合金片9挤压接触，得到组装体b；

将组装体b装入叶腊石块11内部，得到组装体c；

步骤三：烧结，将组装体c放入六面定压机腔体内高温高压烧结成型，得到前驱体d，其中烧结温度为1500℃，烧结压力为5.5gpa；

步骤四：整形和切割，以平面磨削和外圆磨削的方式对前驱体d的端面和外圆周面进行磨削，加工至厚度为5.2mm、直径为10mm的复合圆柱体e，沿径向对复合圆柱体e进行切割，得到多个扇形的扇形体f；

步骤五：焊接面处理，将扇形体f的硬质合金层的预焊接面进行喷铸钢砂处理，然后再用丙酮溶剂进行表面净化处理，烘干备用；

步骤六：焊接和机加工，将扇形体f的预焊接面与合金刀体的仿形圆弧面刀窝内壁通过钎焊焊接为一体，得到焊接体g，通过平面磨削、周边磨削和刃磨工艺对焊接体g的主切削刃和副切削刃及对应刀面进行磨削，得到刀具成品；

其中过渡层2弧形面厚度为2mm，硬质合金层3弧形面厚度为2mm；

其中合金刀体的形状为三角形合金、菱形合金以及凸三角形合金中任意一种，所述仿形圆弧面刀窝处于顶点处，且仿形圆弧面刀窝直径与硬质合金层3外弧面半径一致。

实施例五：

参阅图14，步骤二中的硬质合金筒体为截面为“h”形的回转体筒，所述硬质合金筒体水平壁与圆周壁之间的夹角为弧形圆角，内部过渡层的水平壁与圆周壁之间的夹角为弧形圆角。

实施例六：

参阅图15，步骤二中的硬质合金筒体为截面为“h”形的回转体筒，所述硬质合金筒体水平壁与圆周壁之间的夹角为钝角，内部过渡层的水平壁与圆周壁之间的夹角与硬质合金筒体内部的钝角角度一致，其钝角角度为120-150°，如125°、130°、135°、140°、145°等。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。