CN107598156A - 金刚石烧结工具用胎体粉末 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金刚石烧结工具用胎体粉末，属于金刚石工具的技术领域。本发明的金刚石烧结工具用胎体粉末，其包括25～35wt％的铜粉、5～15wt％钴粉、2～9wt％的镍、2～8wt％的锡粉、0～2wt％的钛粉、1～2wt％的钛的易分解化合物以及29～65wt％的铁粉。本发明的胎体粉末对金刚石的把持力强，镶嵌的金刚石颗粒能够保持较高的出刃高度，在高速切割和钻进的条件下也不会发生过早发生脱落的现象，能够满足对花岗岩、大理石等高速切割和钻孔的使用要求。
Description
技术领域
本发明涉及金刚石工具的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种金刚石烧结工具用胎体粉末。
背景技术
金刚石烧结工具是以金刚石为切削材料，借助于金属粉料制成的具有一定形状、性能和用途的工具，常用的金刚石烧结工具包括圆锯片、磨轮、切磨片以及滚筒等。在建筑行业中，金刚石烧结工具已经广泛应用于大理石、花岗岩、混凝土等石材或建筑材料的切割、精整、磨削等方面。金刚石烧结工具在工作时(例如切割或钻进)时的影响因素很多，工具的消耗磨损过程很难用肉眼直接观察。综合来看，影响金刚石烧结工具工作效率和使用寿命的主要因素有工具本身以及工作对象(主要指岩石的硬度)。大量的研究表明：金刚石烧结工具切割或钻进效率的主要影响因素是金刚石工具的自锐性和金刚石的出刃高度。其中，自锐性是金刚石工具整体连续切削的能力的体现，金刚石出刃高度则是单颗粒金刚石碎岩能力的体现，两者结合是工具切削或钻进效率的性能指标。金刚石颗粒的失效形式有三种即磨损、裂碎以及脱落。金刚石的出刃高度和失效形式与胎体材料对金刚石颗粒的把持力以及胎体本身的磨损情况密切相关。金刚石烧结工具所采用的金属粉料的主要左右有两个：其一是将耐磨材料连接成网格骨架把持金刚石；其二是能随着金刚石的磨耗而磨耗，使金刚石正常出刃。钎料除了具有一定的硬度、韧性和耐磨性以外，如果对金刚石具有一定的浸润性，将极大的提高金刚石的出刃高度，从而改善磨削性能。在现有技术中通常采用预合金粉末来提高胎体对金刚石颗粒的把持力，但在高速切割或钻进的条件下，容易导致金刚石被抛光或磨平，甚至发生大面积的早脱现象，导致使用寿命降低，另外预合金粉的价格也较为昂贵。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种金刚石烧结工具用胎体粉末。
为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：
一种金刚石烧结工具用胎体粉末，其特征在于：所述胎体粉末包括25～35wt％的铜粉，5～15wt％钴粉，2～9wt％的镍、2～8wt％的锡粉、0～2wt％的钛粉、1～2wt％的钛的易分解化合物，以及29～65wt％的铁粉。
其中，所述胎体粉末中还含有0.1～4.0wt％的稀土粉。
其中，所述稀土粉选自Ce粉、La粉或La-Ce混合稀土粉，优选为La-Ce混合稀土粉。
其中，所述胎体粉末中还含有0.1～1.8wt％的Si粉、Al-Si粉或Si-Mg粉。
其中，所述铁粉为超细还原铁粉，所述超细还原铁粉的粒径d90≤15μm。
其中，所述钛的易分解化合物选自草酸钛、乳酸钛、乙酰丙酮钛、乙酸钛以及月桂酸等中的一种或多种。
与最接近的现有技术相比，本发明的金刚石烧结工具用胎体粉末具有以下有益效果：
本发明的胎体粉末对金刚石的把持力强，镶嵌的金刚石颗粒能够保持较高的出刃高度，在高速切割和钻进的条件下也不会发生过早发生脱落的现象，能够满足对花岗岩、大理石等高速切割或钻进的使用要求。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明的金刚石烧结工具用胎体粉末做进一步的阐述，以对本发明的技术方案做出更完整和清楚的说明。
本发明的金刚石烧结工具用胎体粉末，包括25～35wt％的铜粉，5～15wt％钴粉，2～9wt％的镍、2～8wt％的锡粉、0～2wt％的钛粉、1～2wt％的钛的易分解化合物，以及29～65wt％的铁粉。进一步地，所述胎体粉末中还含有0.1～4.0wt％的稀土粉，所述稀土粉选自Ce粉、La粉或La-Ce混合稀土粉；在胎体粉末中添加少量的上述稀土粉有利于降低铁基胎体粉末的熔点和固、液相线温度，并且能够有效地脱氧、脱硫和脱氮的作用，并且能够抑制氧、硫和氮的偏析；而且有利于细化烧结的胎体合金的晶粒，提高锋利度和稳定性。所述稀土粉优选为La-Ce混合稀土粉，混合稀土粉不仅价格较低，而且性能更优。进一步地，所述胎体粉末中还含有0.1～1.8wt％的Si粉、Al-Si粉或Si-Mg粉。Si的加入能够与Fe形成Fe2Si、FeSi等化合物有利于降低熔点，并且强化铁素体，另外Si的线膨胀系数与金刚石接近，在加热或冷却过程中的体积效应最小。尤其是加入Al-Si粉能够与Cu形成Cu-Al的多种相结构，有利于形成弥散强化结构，并提高胎体对金刚石颗粒的把持力。所述铁粉为超细还原铁粉，所述超细还原铁粉的粒径d90≤15μm，在本发明中加入超细还原铁粉可以显著降低烧结温度，从而可以避免高温烧结导致的金刚石颗粒性能的下降。所述钛的易分解化合物选自草酸钛、乳酸钛、乙酰丙酮钛、乙酸钛以及月桂酸等中的一种或多种。在本发明中，金刚石刀头采用的金属粉料中添加有Ti以及Ti的易分解的化合物，其在热压烧结过程中一方面分解形成的气体有利于胎体的弱化(从而可以使得金刚石刀头较早的出刃)，而分解形成的高活性的碳以及钛的氧化物能够进一步提高金刚石颗粒与胎体的把持力，从而能够保证出刃高度并且防止过早的脱落，从而使得本发明的金刚石刀头能够适应高速切割(金刚石锯片)或高速钻进(金刚石钻头)的使用要求。
金刚石烧结工具可由本发明要求保护的胎体粉末和金刚石颗粒采用热压烧结工艺形成。主要的工艺参数如下：热压烧结温度为760～850℃，压力为200～300kg/cm2，保温时间为1～5分钟，热压烧结在保护性气氛(例如还原气氛)下进行。
对于花岗岩以及大理石等石材的切割或钻孔而言，可以采用粒度为30/40(425-600μm)以及40/50(300-425μm)的金刚石颗粒。金刚石浓度为1.0～2.5克拉/cm3。
以本发明所述的胎体粉末制备金刚石圆锯片(255mm)为例，其制备工序如下：
1、圆锯片基体
根据图纸要求，以65Mn钢钢板为原料加工得到圆锯片基体。
2、金刚石刀头的热压烧结
按照配比，选取包含铜粉、钴粉、镍粉、锡粉、钛粉、钛的易分解化合物，以及铁粉等原料粉末采用三维混料机混料均匀得到胎体粉末，采用静压强度为40kg、粒度为30/40、40/50(各占50％)的金刚石颗粒，将胎体粉末与金刚石颗粒混匀(金刚石颗粒按照1.8克拉/cm3的浓度设计添加)，然后压制成型，热压烧结，砂轮打磨制备金刚石刀头。热压烧结的温度为760～850℃，压力为200～300kg/cm2，保温时间1～5分钟。
3、高频焊接
将加工好的圆锯片基体固定在高频焊接机的夹具上，将银焊片粘上银焊剂后放在金刚石刀头焊接面上，然后将圆锯片基体与金刚石刀头固定在一起，启动高频感应加热设备进行加热到银焊片熔化即可冷却。
4、打磨、喷漆、检验
焊接后用砂轮开刃对金刚石刀头进行打磨使金刚石充分暴露，再进行表面喷漆，烘干，最后以600N/mm2强度标准对每个金刚石刀头进行抗弯检测，合格后印刷包装入库。
在以下的实施例和对比例中以制备规格为255mm的金刚石圆锯片为例，采用的铜粉、钴粉、镍粉、锡粉、稀土粉、硅粉、高硅硅铝合金粉(硅含量为72wt％)、钛粉以及钛化合物粉均购自有研粉末新材料有限公司，粒径d90约为45～50μm；采用的铁粉为超细还原铁粉(科大博德)，所述超细还原铁粉的粒径d90约为15μm。
实施例1
1)配料：25wt％的铜粉、10wt％钴粉、6wt％的镍、3wt％的锡粉、1.5wt％的钛粉、2wt％的乙酰丙酮钛、1.0wt％的La-Ce混合粉、0.5wt％的Si粉以及余量的铁粉组成。添加的金刚石浓度为1.8ct/cm3，金刚石粒度3/40占50％、40/50占50％，混制成成型料，采用三维混料机，混料时间120分钟得到胎体粉末。
2)简造：将造粒剂加入胎体粉末中进行混料，简单造粒。
3)冷压：调整好工装模具，放65Mn钢基体-再投放造粒的胎体粉末组装到冷压成型钢模中加压成型，成型压力为20MPa，得到坯料。
4)热压烧结：将冷压形成的坯料组装在石墨垫片中，在保护气体的环境中进行烧结，热压烧结的温度为820℃，压力为220kg/cm2，保温时间5分钟。
5)擦片冲孔、开刃、喷漆：将无压烧结后的工具擦片去氧化皮，冲孔，采用开刃机进行开刃，并进行喷漆。
实施例2
1)配料：32wt％的铜粉、8wt％钴粉、5wt％的镍、5wt％的锡粉、1.2wt％的钛粉、2wt％的乳酸钛、1.0wt％的La-Ce混合粉、0.5wt％的高硅硅铝合金粉以及余量的铁粉组成。添加的金刚石浓度为1.8ct/cm3，金刚石粒度3/40占50％、40/50占50％，混制成成型料，采用三维混料机，混料时间120分钟得到胎体粉末。
2)简造：将造粒剂加入胎体粉末中进行混料，简单造粒。
3)冷压：调整好工装模具，放65Mn钢基体-再投放造粒的胎体粉末组装到冷压成型钢模中加压成型，成型压力为20MPa，得到坯料。
4)热压烧结：将冷压形成的坯料组装在石墨垫片中，在保护气体的环境中进行烧结，热压烧结的温度为820℃，压力为220kg/cm2，保温时间5分钟。
5)擦片冲孔、开刃、喷漆：将无压烧结后的工具擦片去氧化皮，冲孔，采用开刃机进行开刃，并进行喷漆。
实施例3
1)配料：25wt％的铜粉、10wt％钴粉、6wt％的镍、3wt％的锡粉、1.5wt％的钛粉、2wt％的乙酰丙酮钛、1.0wt％的La-Ce混合粉以及余量的铁粉组成。添加的金刚石浓度为1.8ct/cm3，金刚石粒度3/40占50％、40/50占50％，混制成成型料，采用三维混料机，混料时间120分钟得到胎体粉末。
2)简造：将造粒剂加入胎体粉末中进行混料，简单造粒。
3)冷压：调整好工装模具，放65Mn钢基体-再投放造粒的胎体粉末组装到冷压成型钢模中加压成型，成型压力为20MPa，得到坯料。
4)热压烧结：将冷压形成的坯料组装在石墨垫片中，在保护气体的环境中进行烧结，热压烧结的温度为820℃，压力为220kg/cm2，保温时间5分钟。
5)擦片冲孔、开刃、喷漆：将无压烧结后的工具擦片去氧化皮，冲孔，采用开刃机进行开刃，并进行喷漆。
实施例4
1)配料：32wt％的铜粉、8wt％钴粉、5wt％的镍、5wt％的锡粉、1.2wt％的钛粉、2wt％的乳酸钛以及余量的铁粉组成。添加的金刚石浓度为1.8ct/cm3，金刚石粒度3/40占50％、40/50占50％，混制成成型料，采用三维混料机，混料时间120分钟得到胎体粉末。
2)简造：将造粒剂加入胎体粉末中进行混料，简单造粒。
3)冷压：调整好工装模具，放65Mn钢基体-再投放造粒的胎体粉末组装到冷压成型钢模中加压成型，成型压力为20MPa，得到坯料。
4)热压烧结：将冷压形成的坯料组装在石墨垫片中，在保护气体的环境中进行烧结，热压烧结的温度为820℃，压力为220kg/cm2，保温时间5分钟。
5)擦片冲孔、开刃、喷漆：将无压烧结后的工具擦片去氧化皮，冲孔，采用开刃机进行开刃，并进行喷漆。
对比例1
1)配料：25wt％的铜粉、10wt％钴粉、6wt％的镍、3wt％的锡粉、1.0wt％的La-Ce混合粉、0.5wt％的Si粉以及余量的铁粉组成。添加的金刚石浓度为1.8ct/cm3，金刚石粒度3/40占50％、40/50占50％，混制成成型料，采用三维混料机，混料时间120分钟得到胎体粉末。
2)简造：将造粒剂加入胎体粉末中进行混料，简单造粒。
3)冷压：调整好工装模具，放65Mn钢基体-再投放造粒的胎体粉末组装到冷压成型钢模中加压成型，成型压力为20MPa，得到坯料。
4)热压烧结：将冷压形成的坯料组装在石墨垫片中，在保护气体的环境中进行烧结，热压烧结的温度为820℃，压力为220kg/cm2，保温时间5分钟。
5)擦片冲孔、开刃、喷漆：将无压烧结后的工具擦片去氧化皮，冲孔，采用开刃机进行开刃，并进行喷漆。
对比例2
1)配料：32wt％的铜粉、8wt％钴粉、5wt％的镍、5wt％的锡粉、1.0wt％的La-Ce混合粉、0.5wt％的高硅硅铝合金粉以及余量的铁粉组成。添加的金刚石浓度为1.8ct/cm3，金刚石粒度3/40占50％、40/50占50％，混制成成型料，采用三维混料机，混料时间120分钟得到胎体粉末。
2)简造：将造粒剂加入胎体粉末中进行混料，简单造粒。
3)冷压：调整好工装模具，放65Mn钢基体-再投放造粒的胎体粉末组装到冷压成型钢模中加压成型，成型压力为20MPa，得到坯料。
4)热压烧结：将冷压形成的坯料组装在石墨垫片中，在保护气体的环境中进行烧结，热压烧结的温度为820℃，压力为220kg/cm2，保温时间5分钟。
5)擦片冲孔、开刃、喷漆：将无压烧结后的工具擦片去氧化皮，冲孔，采用开刃机进行开刃，并进行喷漆。
对比例3
1)配料：25wt％的铜粉、10wt％钴粉、6wt％的镍、3wt％的锡粉、1.5wt％的钛粉、1.0wt％的La-Ce混合粉以及余量的铁粉组成。添加的金刚石浓度为1.8ct/cm3，金刚石粒度3/40占50％、40/50占50％，混制成成型料，采用三维混料机，混料时间120分钟得到胎体粉末。
2)简造：将造粒剂加入胎体粉末中进行混料，简单造粒。
3)冷压：调整好工装模具，放65Mn钢基体-再投放造粒的胎体粉末组装到冷压成型钢模中加压成型，成型压力为20MPa，得到坯料。
4)热压烧结：将冷压形成的坯料组装在石墨垫片中，在保护气体的环境中进行烧结，热压烧结的温度为820℃，压力为220kg/cm2，保温时间5分钟。
5)擦片冲孔、开刃、喷漆：将无压烧结后的工具擦片去氧化皮，冲孔，采用开刃机进行开刃，并进行喷漆。
对比例4
1)配料：32wt％的铜粉、8wt％钴粉、5wt％的镍、5wt％的锡粉、1.2wt％的钛粉以及余量的铁粉组成。添加的金刚石浓度为1.8ct/cm3，金刚石粒度3/40占50％、40/50占50％，混制成成型料，采用三维混料机，混料时间120分钟得到胎体粉末。
2)简造：将造粒剂加入胎体粉末中进行混料，简单造粒。
3)冷压：调整好工装模具，放65Mn钢基体-再投放造粒的胎体粉末组装到冷压成型钢模中加压成型，成型压力为20MPa，得到坯料。
4)热压烧结：将冷压形成的坯料组装在石墨垫片中，在保护气体的环境中进行烧结，热压烧结的温度为820℃，压力为220kg/cm2，保温时间5分钟。
5)擦片冲孔、开刃、喷漆：将无压烧结后的工具擦片去氧化皮，冲孔，采用开刃机进行开刃，并进行喷漆。
采用实施例以及对比例的金刚石圆锯片对大理石以12cm/min的切割条件进行切削实验，来测量切割指数Z(单位时间内单位工具的磨损量所切割的石材的量cm3/g·min)，并利用显微镜观察平均出刃高度(μm)，结果如表1所示。
表1
| 切割指数Z(cm3/g·min) | 平均出刃高度(μm) | |
| 实施例1 | 42.5 | 78 |
| 实施例2 | 46.3 | 73 |
| 实施例3 | 41.7 | 72 |
| 实施例4 | 42.2 | 70 |
| 对比例1 | 32.7 | 65 |
| 对比例2 | 35.1 | 62 |
| 对比例3 | 32.2 | 63 |
| 对比例4 | 30.9 | 60 |
对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种金刚石烧结工具用胎体粉末，其特征在于：所述胎体粉末包括25～35wt％的铜粉、5～15wt％钴粉、2～9wt％的镍、2～8wt％的锡粉、0～2wt％的钛粉、1～2wt％的钛的易分解化合物以及29～65wt％的铁粉。
2.根据权利要求1所述的金刚石烧结工具用胎体粉末，其特征在于所述胎体粉末中还含有0.1～4.0wt％的稀土粉。
3.根据权利要求1所述的金刚石烧结工具用胎体粉末，其特征在于所述胎体粉末中还含有0.1～1.8wt％的Si粉、Al-Si粉或Si-Mg粉。
4.根据权利要求1所述的金刚石烧结工具用胎体粉末，其特征在于所述胎体粉末包括25～35wt％的铜粉、5～15wt％钴粉、2～9wt％的镍、2～8wt％的锡粉、1～2wt％的钛粉、1～2wt％的钛的易分解化合物、0.1～4.0wt％的稀土粉、0.1～1.8wt％的Si或Si合金粉以及29～63wt％的铁粉。
5.根据权利要求1所述的金刚石烧结工具用胎体粉末，其特征在于所述胎体粉末由25～35wt％的铜粉、5～15wt％钴粉、2～9wt％的镍、2～8wt％的锡粉、1～2wt％的钛粉、1～2wt％的钛的易分解化合物、0.1～4.0wt％的稀土粉、0.1～1.8wt％的Si或Si合金粉以及余量的铁粉组成。
6.根据权利要求1～5任一项所述的金刚石烧结工具用胎体粉末，其特征在于所述钛的易分解化合物选自草酸钛、乳酸钛、乙酰丙酮钛、乙酸钛以及月桂酸等中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的金刚石烧结工具用胎体粉末，其特征在于所述稀土粉选自Ce粉、La粉或La-Ce混合稀土粉。
8.根据权利要求7所述的金刚石烧结工具用胎体粉末，其特征在于所述稀土粉为La-Ce混合稀土粉。
9.根据权利要求6所述的金刚石烧结工具用胎体粉末，其特征在于所述铁粉为超细还原铁粉，并且所述超细还原铁粉的粒径d90≤15μm。
10.根据权利要求3所述的金刚石烧结工具用胎体粉末，其特征在于所述胎体粉末中还含有0.1～1.8wt％的Al-Si粉。
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