CN1074951A - 双涂层金刚石粒料及其锯片片段制品 - Google Patents

Abstract

制造金属涂层微粒粒料的一种方法，包括：将金 刚石微粒涂上形成碳化物的金属层；向用气体流化床 涂敷的磨料微粒上喷涂由金属粉料、粘合剂和挥发性 溶剂组成的浆液，直到各磨料微粒涂上至少约20％ 重量的该金属粉层为止，该金属粉料的烧结温度比形 成碳化物的金属熔点至少低50℃左右；回收所述金 属粉涂层磨料粒料；加热所述磨料粒料，使其外表面 形成经烧结的连续金属涂层；然后在更高的第二温度 下加热所述粒料，使所述形成碳化物的金属液化，以 便从所述金刚石微粒制取一些金属碳化物。所制得 的双金属涂层磨料粒料也包括在本发明中。

Description

本专利申请与同日申请的有待审批的专利申请S.N_（代理人签条SMD2-552）相互参照，本文也特意引用该专利申请的公开内容，以供参考。

本发明涉及锯开诸如花岗石、大理石、混凝土、沥青等之类的硬质和/或磨蚀材料用的那一种锯片，更具体地说，涉及用以制造锯片锯削段的金属涂层磨料微粒粒料。

切割诸如花岗岩、大理石、加填料的混凝土、沥青等之类的硬质材料，习惯上是使用金刚石锯片进行的。这种锯片由圆形的钢盘构成，围绕钢盘的锯削边缘有许多彼此间隔开的片段，这些片段基本上由金刚石磨料粘结在适当的合金或金属基材（例如青铜或钴）中构成。金刚石磨料一般要不就是单晶的天然金刚石，要不就是单晶的人造金刚石。美国专利4，883，500提出了使用浸渍在粘结基材中的热稳定多晶金刚石锯削元素和单晶金刚石锯削元素组成的混合料。

各种各样的问题困扰着制造锯片片段和含有这种片段的锯片的工匠们。例如，为使金刚石锯片的性能达到最佳情况，可能最好是防止金属粘结粉料中的金刚石在混合和掺和过程中结块。这样就可以最大限度地利用金刚石磨料晶体。此外，合适的作法是控制各片段中的孔隙率，以便在使用过程中起局部冷却作用，从而使金刚石和/或粘结金属的热降级程度减少到最小。

举例说，用旋转锯片锯开花岗石时，锯片进入花岗石较硬的部位时横向偏斜会使锯削中的表面变得不平，从而须要花很大的代价去研磨，减少了石料加工厂应得的利润。本技术领域解决这问题的一个方法是制取一些耐磨性能不同的夹层片段，以适应石料的纹路从而减少锯削过程中锯片横向偏斜的可能性。到目前为止，达到不同耐磨性能的方法，不是改变金刚石在片段表面的密集度，就是在各片段的外面部分增设耐磨材料，例如上述美国专利4，883，500即提出了这种作法。这些方法都采用这样的手法，在三个连续的冷压工序中灌浇阴压模，然后在分开进行的工序中进行热压，以烧结金属基材粉料。

几十年来，通常的作法是将金刚石磨料粉混以或掺以金属细粉料，在烧结压力机中热压成片段。悬浮在空气中的细金属粉料如果是有毒或是致癌的话，则是危害健康的一个潜在因素。此外，金刚石和金属无论在大小、形状和密度方面都不同，这样就难以制造出均匀的混合料。再有，模具的装卸如果能够自动化，总会给我们带来方便。

本发明旨在解决上述问题，特别是金刚石锯片和片段工艺中的问题。本发明的一个方面涉及制造金属涂层微粒粒料的一种方法，该方法包括下列工序：

（a）将金刚石微粒涂上一层形成碳化物的金属层;

（b）向工序（a）的用气体流化床进行涂敷的磨料微粒上喷涂由金属粉料、粘合剂和挥发性溶剂组成的浆液，直到各磨料微粒外表面涂上一层至少大约20%重量的该金属粉层为止，该金属粉料的烧结温度比所述形成碳化物的金属的熔点至少低50℃左右;

（c）回收工序（b）的基本上已经没有挥发性溶剂的所述金属粉涂层磨料粒料;

（d）加热所述经回收的涂层磨料粒料，使所述磨料粒料外表面形成经烧结的连续金属涂层;然后

（e）在更高的第二温度下加热工序（d）的所述粒料，使所述形成碳化物的金属液化，以便从所述金刚石微粒制取一些金属碳化物。得到的双金属涂层磨料粒料形成了本发明的另一方面。

本发明的另一方面包括：

（a）将许多磨料粒料装入阴模中，各磨料粒料含有涂以起码约20%重量的烧结金属层的磨料微粒、不带磨料微粒的金属粒料和一种纤缝金属源材料;然后

（b）在能形成磨料微粒密集度合乎要求的含磨料微粒金属锯片片段的温度、压力和气氛的条件下，加热所述阴模的内容物。

本发明的优点在于能制造出这样一种双金属涂层粒料，该粒料内表面涂有金属碳化物层，外表面涂有金属涂层，使金属粘结成的工具和工具片段中的粒料能经得起拉拔。另一优点是提出了一种使制造人员可以控制磨料微粒在锯片片段中的密集度和分布情况的锯片片段制造工艺。

本技术领域的行家们不难从本说明书所公开的内容理解本发明的上述和其它优点。

图1    绘制了30/40目涂钴金刚石粒料以重量百分比计的金刚石含量和以克拉/立方厘米计的密集度对粒料直径的关系曲线，以此来表示粒料中金刚石的含量。

图2    绘制了各种目数金刚石粒料的球状样品密集度对金刚石密集度的关系图线，以此来表示金刚石粒料混以球状样品的作用。

图3    是用一系列新型的烧结粒料制成的锯片片段的透视图，示出了用含这种片段的锯片锯开某物体时在锯片片段锯削边缘上形成的垄沟形式。

下面进一步说明各附图。

美国专利4，770，907介绍了涂敷磨料微粒（例如金刚石微粒和立方体氮化硼（CBN）微粒）值得推荐的方法，这里引用该专利的公开内容供参考。这种涂敷的方法包括下列各工序：制备金属粉料和粘结剂在有机溶剂中溶解组成的浆液;在加工容器中将一定量的磨料粒料进行流化，并在流化过程中将上述浆液喷入容器中涂到磨料粒料上，以便在各磨料粒料上形成普遍均匀的浆液涂层。然而实施本发明时，可采用水基粘合剂，对某些金属粉料有时甚至最好采用水基粘合剂。美国专利4，770，907提出了在制造锯片片段时采用如此涂敷的磨料微粒。在为提出本发明而进行的研究过程中，我们确定，采用这种生的（未经烧结的）磨料微粒粒料会使粒料崩溃，并使磨料微粒分布不均匀。尽管这种生的粒料要比将金属粉料和磨料微粒分开装入一个模具中的处理方法更先进，但我们确定，这种生的粒料作为商品加以处理是太容易损坏的。因此，尽管上述专利所公开的基本涂敷工艺和设备用以实现本发明是值得提出的，但为了最大限度地体现本发明的优点，对这个工艺按这里所述的方法加以修改还是必要的。

因此，本发明的一个方面是以提出制造具有强力涂层的双金属涂层磨料微粒粒料的一种方法为目标的。这个工艺的最初几个工序是按上述美国专利4，770，907进行的，只是粘结剂可以溶解在水基溶剂中，也可以溶解在有机溶剂中。在这方面，粘结剂以采用热塑性的为宜，这样粘结剂只靠溶剂在粒料在磨料微粒的气态流化床中形成的同时所受到的蒸发就可以塑化或固化。不然也可以采用热固性粘结剂，只要能在所采用的流化气温度下固化即可。流化气体的温度不要过高，以免需要增设特殊的设备和处理程序。因此，所选择的粘结剂其固化温度应较低，例如基本上不超过100℃左右。

为经济而有效起见，流化气体宜采用空气，但须要或必要时，或为了方便起见，也可以采用惰性气体或其它气体。举例说，若金属粉料易于氧化，则最好采用不起氧化作用的气体。如美国专利4，770，907中所提到的那样，附到磨料粒料上的涂层的重量百分比是受浆液喷洒的粒料流化床的工作时间的函数。为达到本发明的目的，形成碳化物的金属粉料其比例应至少约为即将加以涂敷的磨料粒料重量的20%。这是确保形成碳化物的金属粉料涂敷或包覆的各磨料微粒所需要的形成碳化物的金属粉料的最小份量。在这方面，应该理解的是，为了某些目的，磨料微料的内部涂层即使不完全也是可以采纳的，但每个磨料微粒最好还是完全被连续的金属涂层所涂敷。

从最初的喷涂工序卸下的生的磨料微粒粒料，由于经过流化气体的干燥，会变得基本上没有溶剂了，而且大致呈球形。为除去剩下的一些溶剂，可以对生粒料进行加热。

内涂层由形成碳化物的金属构成，最好选用镍、钴、铁、铬、钛、钽、钨、钼、硼、钒、硅、锆、铪、铌等及它们的混合物。这种内涂层可以加以烧结，同时最好再将这种经涂敷的磨料微粒涂以由金属粉料、粘结剂和挥发性溶剂组成的浆液，直到各经涂敷的磨料微粒外表面整个涂上一层起码约20%重量的所述第二金属粉料为止。该第二金属粉料的烧结温度起码比形成碳化物的金属的熔点低大约50℃。然后将双层磨料粒料在一定条件下加热，使磨料粒料外表面上形成连续的烧结金属涂层。这之后，将温度升高到使形成碳化物的金属液化的更高的第二温度，以便从金刚石微粒上形成一些金属碳化物。这样，涂层的整体性和其附到金刚石微粒上的附着力因上述金属碳化物从形成碳化物的金属内涂层和金刚石磨料微粒上形成而有实质性的提高。

该绕结外涂层保证使内部的形成碳化物的金属可以液化，且在其液相相变过程中不致损失掉。此外还可以进一步维持粒料球形本来的完整性。至少要有约50℃的温差可保证外金属涂层在内涂层液化之前就烧结。温差最好至少是100℃左右。另外的外涂层可以是连续的或不连续的，该外涂层可以采用纤缝金属或合金、助熔剂涂层等来扩大这种新型的粒料在金属锯片片段和其它工具及工具片段中的应用。于是用这种涂层微粒制造锯片片段时，可以将金属涂层与片段的金属基材粘结起来，金属基材与金属碳化物涂层结合起来就可以使磨料微粒在锯削操作过程中过早拉拔掉的现象减少到最小程度。

烧结温度和条件必然取决于制造双涂层磨料微粒所选用的具体金属粉料。烧结条件可以包括烧结工序过程中所加以保持的真空度和惰性或还原气氛。粘结剂通常在烧结工序过程中就被清除掉。因此，建议最好在涂敷这些涂层微粒的外表面之前，将内表面只涂有形成碳化物的金属层的微粒略为加热，以烧掉其中的粘结剂。在这方面，不言而喻，从流化工序卸下的生粒料的大小必然与喷涂的时间有关。

生微粒经过烧结形成本发明的烧结磨料微粒粒料会使粒料的粒度因金属粉料熔化成连续金属层而减小。金属涂层的孔隙率（如有的话）也取决于金属粉料的粒度、烧结条件和内涂层与金刚石磨料微粒所形成的金属碳化物量。这些烧结条件最好能防止外金属粉料熔融，外金属粉料熔融会使微粒失去其分立性。如果在工艺的烧结工序过程中小心从事，经烧结的粒料也应该基本上呈球形。典型的粒度范围一般在0.2至2.4毫米左右。在这方面，可以采用助焊剂或钎料外包层，以便于从这些粒料微粒制造锯片片段。

用以涂敷内包金刚石微粒的金属可以选自磨料领域中已经使用过的各种金属。这些金属包括例如钴、镍、铁、铜、锡、钼、硼、钛、钨、铬、钒、锰、铌、锆、铪等以及它们的合金、碳化物和混合物。

本发明的另一方面认识到，制造金属锯片段时须要控制锯片段中磨料微粒的密集度。磨料微粒的密集度可以用下列方法加以控制：改变磨料粒料的粒度分布;或采用同粒度或不同粒度不含磨料微粒的金属粒料;或将此类方法结合起来使用。金刚石粒料可以是本发明的新型双包层粒料，也可以是上述美国专利申请USSN_的烧结粒料。本金属锯片片段其余的制造工序按本技术领域的行家们周知的一般方式进行。

将这种金属锯片片段制造工艺付诸实践时，具有有关的粒料粒度的金刚石含量可以用标准分析方法（例如将金属溶解于酸中）确定。根据分析结果，可以计算出锯片片段中的最终金刚石含量（假设片段是完全压实的）。用得出的数据可以绘制曲线，示出在任何给定的金刚石粒度下金刚石含量与粒料粒度之间的关系。金刚石含量可以用重量百分比和单位体积片段的克拉值表示，如图1中所示。图1的实例是30/40目涂钴金刚石的一个例子。将粒填料或球填料样品（无金刚石）与单一粒度磨料粒料另外混合起来产生的效果可以绘制成图2所示的图线。从这图线可以确定达到任何金刚石密集度所需要的目数。单粒度粒料混以球填料样品时，也可以用该图线来确定给定密集度所需用的相对比例。混合不同目数的粒料时，可以用简单的混合物定则来计算达到给定密集度所需要的各粒度的比例，也可以对混合物试样进行分析以确定实际的金刚石含量。然后可以把得出的金刚石密集度值放在图线的一个轴上的球填料样品密集度为零处。从该点到表示100%的球填料样品密集度及0%的金刚石密集度的点划一条线，就可以将有关的混合料表示出来（例如图2所示的12/14目的粒料与14/16目的粒料混合料）。根据这条线，将粒料混以适量的球填料样品（如图线的适当轴上所示）就可以获得在所绘制的图线范围内的任何金刚石密集度。

美国专利申请USSN_中也公开了另一种独特的锯片片段，该片段的好处是可以用本发明的新型粒料制造。下面介绍这种新型的锯片片段。用本说明书所公开的任一种新型的烧结双涂层磨料微粒粒料制造金属锯片片段时，如果控制锯片片段的孔隙率（例如为大约10%至50%的压实密集度），使我们可以往片段中渗入冷却流体，并协助碎屑的去除工作，则大有好处。利用本发明粒度较大的烧结粒料，可以设计并保持锯片片段模具中的压实型式。这时再控制制造锯片片段的压力和温度，就可以达到孔隙度的设计值。在这方面，压力保持得过高会使锯片片段完全密实，而压力不足则会使锯片片段的完整性不足以达到所要求的锯片片段商品使用寿命所要求的程度。为制造锯片片段，可以将粒料外表面涂以钎料层，或将钎料金属源或钎料金属合金源安置在压实了的模具附近。

不管采用哪一种方法，都取敞开式的网眼结构，即各孔隙互连的结构，特别是采用本发明经烧结的金属涂层磨料微粒粒料时，更要如此。应该理解的是，粒料的粒度分布可以本来就是单分散性的或多分散性的，这视乎锯片片段最终所要求的孔隙率而定，而为了调节锯削效率，所要求的孔隙率是可以在整个锯片片段的宽度方向上加以控制的，例如上述美国专利4，883，500号就教导了最好要进行这种控制。

如美国专利4，883，500所述的那样，不同的耐磨性在制造能耐受锯开例如花岗石过程中的横向偏斜的锯片中是很重要的。为达到这种效果，本行业中有人提出过改变金刚石在片段整个表面上的密集度或在片段的外部分增加耐磨材料，如美国专利4，883，500的图2所示。出乎意料之外，对上述有待审批的专利申请进行的研究工作表明，用经烧结的粒料制造的锯片片段可以达到这种锯削特性。预料本发明的新型双涂层粒料同样也可以达到这种效果。之所以能获得这种锯削特性是由于提高了锯片片段周边的金刚石或其它磨料微粒的密集度（例如在锯片片段中心采用球填料样品并提高其比例）所致，但完全密实的片段表明，无须使磨料微粒具有特殊的梯度也能使片段具有这种“随纹”效应（“tracking”effect）。由于片段中金刚石有次序地成排排列，因而形成许多长条的平行垄沟。有次序的排列是球形粒料在模具中紧密压实的结果。所产生的耐磨形状如图3所示。这种不同的耐磨形状可匹配和联锁锯削中的石料表面，从而有助于抑制锯片在锯削操作中的横向偏斜。根据锯片的宽度和磨料微粒粒料的粒度，不难使金刚石平行于片段的长度沿伸方向，因而平行于锯片的锯削边缘，排列成许多行，从而达到了上述随纹效应。应该理解的是，这些片段可以是多孔隙的或完全密实的。

根据锯片的宽度和磨料微粒粒料的粒度，不难使金刚石平行于片段的长度沿伸方向，因而平行于锯片的锯削边缘，排列成许多行，从而达到上述的随纹效应。应该理解的是，这些片段可以用本文所公开的任何新型粒料制取，且可以包含孔隙，也可以是完全密实的。

用本发明的新型烧结粒料制造出来的片段适用于深锯、切片作业、锯削作业、锯框架、多锯片锯削、锯金属丝、带锯、薄壁岩心钻孔、以及各种确定轮廓和成形的作业。可用本发明的片段加以切割的材料包括：混凝土、加了填料的混凝土、钢筋混凝土、沥青、大理石、花岗石、石灰石、砂石、木材、金属、塑料、混合料等。

各种各样的锯片片段设计是本技术领域所熟知的，它们都非常有用，例如美国专利4，883，500中所公开的设计就是其中之一。在不脱离本发明的精神实质或所要求范围的前提下，是可以对本发明进行其它更改、修改和重新设计的。

Claims (10)

1、制造金属涂层金刚石微粒粒料的一种方法，其特征在于，它包括下列各工序：

(a)将金刚石微粒涂上一层形成碳化物的金属层；

(b)向工序(a)的用气体流化床进行涂敷的磨料微粒上喷涂由金属粉料、粘合剂和挥发性溶剂组成的浆液，直到工序(a)的各已涂覆的磨料微粒外表面涂上一层至少大约20%重量的该金属粉层为止，该金属粉料的烧结温度比所述形成碳化物的金属的熔点至少低50℃左右；

(c)回收工序(b)的基本上已经没有挥发性溶剂的所述金属粉涂层磨料粒料；

(d)加热所述经回收的涂层磨料粒料，使所述磨料粒料外表面形成经烧结的连续金属涂层；然后

(e)在更高的第二温度下加热工序(d)的所述粒料，使所述形成碳化物的金属液化，以便从所述金刚石微粒制取一些金属碳化物。

2、如权利要1所述的方法，其特征在于，所述工序（a）还包括向一床气体流化过的磨料微粒上喷涂由形成碳化物的金属粉料、粘结剂和挥发性溶剂组成的浆液，直到各磨料微粒都涂上至少大约20%重量的所述形成碳化物的金属粉料为止。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，工序（b）中的所述温差至少约为100℃。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，工序（b）中所述金属粉料选自下列金属：钴、镍、铁、铜、锡、钼、硼、钛、钨、铬、钒、锰、铌、锆、铪以及它们的合金、碳化物和混合物。

5、一种经烧结的金属涂层金刚石微粒粒料，可以加工、结实、分散、基本上呈球形，该粒料由磨料微粒组成，磨料微粒的内表面涂有金属碳化物/形成碳化物的金属层，外表面涂有连续的烧结金属层，所述外面的金属涂层金属的烧结温度至少比所述内涂层的所述形成碳化物的金属的熔点低大约50℃，所述粒料的粒度在0.2至2.4毫米左右的范围。

6、如权利要求5所述的粒料，其特征在于，所述温差至少约为100℃。

7、一种制造含磨料微粒的金属锯片片段的方法，其特征在于，它包括下列工序：

（a）将许多磨料粒料装入阴模中，各磨料粒料含有涂以起码20%重量的烧结金属层的磨料微粒、不带磨料微粒的金属粒料和一种钎缝金属源材料;然后

（b）在能形成磨料微粒密集度合乎要求的含磨料微粒金属锯片片段的温度、压力和气氛的条件下，加热所述阴模的内容物。

8、如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述磨料微粒选自金刚石微粒和立方体氮化硼（CBN）微粒。

9、如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述片段的孔隙率在大约全压实密集度的10%至50%范围。

10、如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述涂层磨料微粒含钎缝金属的整个涂层。

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