CN108097972A - 一种金属结合剂刀头的制备方法及具有该金属结合剂刀头的金刚石圆锯片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金刚石工具，提供一种金属结合剂刀头的制备方法及具有该金属结合剂刀头的金刚石圆锯片；经过金属结合剂刀头的制备方法制得的金属结合剂刀头对金刚石具有高的机械把持力又有合适的耐磨度，满足市场发展要求，适用于各种大理石板材的切割要求；同时，扩大金属结合剂刀头的烧结温度范围，降低烧结条件（石墨模具对热的传导的不均一，边中温差）造成的不良影响，提高烧结温度，降低流料率，提高烧结出的刀头质量；提高刀头焊接耐受温度，扩大焊接焊材的选用范围，防止刀头在焊接二次加温时出现胎体的胀大、起泡的现象；而所述金属结合剂刀头的制备方法简单易实现，适合大批量化生产使用，实用性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种金刚石工具，特别涉及一种金属结合剂刀头的制备方法及具有该金属结合剂刀头的金刚石圆锯片。
背景技术
大理石中切片多用于板材切割，其要求高效的切割效率和切边的平直度，而大理石由于形成区域及成分的不同，其表现出不同的硬度及耐磨度，其使用金刚石锯片加工时切割的效果和效率存在较大差别；例如，在进行硬度较高的大理石切割时需要低耐磨度的金属结合剂刀头进行，而具有合适耐磨度的金属结合剂刀头，其金属结合剂通常对金刚石的把持力不够，金刚石易破碎脱落，无法对石材进行高效和高质量的切削；而金属结合剂刀头的金属结合剂对金刚石的把持力提高时，刀头胎体研磨性过强，对质地较软的大理石切割时，其胎体耐磨性较高，出刃度不足，也无法对较软大理石进行高效、高质量切割；因此，用于大理石切割的金刚石锯片的制作要求很高，如何使得金刚石锯片的金属结合剂刀头能够有效的适用于多样化的石材切割，是目前需要解决的主要问题。
其次，目前金属结合剂刀头的烧结区间窄（10度左右），其在烧结温度较低时，液相较少，易产生夹生及边中层脱离现象，若提高温度烧结则易产生液相流失，不利于结合剂致密度及刀头后处理；并且，金属结合剂刀头的焊接温度区间窄，其焊接时，由于冷却散热及电压的不恒定，其焊接强度存在差别，结构稳定性差，实用性低。
发明内容
因此，针对现有技术存在的问题，本发明提出一种金属结合剂刀头的制备方法及具有该金属结合剂刀头的金刚石圆锯片；经过金属结合剂刀头的制备方法制得的金属结合剂刀头对金刚石具有高的机械把持力又有合适的耐磨度，满足市场发展要求，适用于各种大理石板材的切割要求；同时，扩大金属结合剂刀头的烧结温度范围，降低烧结条件（石墨模具对热的传导的不均一，边中温差）造成的不良影响，提高烧结温度，降低流料率，提高烧结出的刀头质量；提高刀头焊接耐受温度，扩大焊接焊材的选用范围，防止刀头在焊接二次加温时出现胎体的胀大、起泡的现象；而且所述金属结合剂刀头的制备方法简单易实现，适合大批量化生产使用，实用性高。
为实现上述技术问题，本发明采取的解决方案为：一种金属结合剂刀头的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤（1）金属粉末预备：选用金属粉末包含400目CuSn15水雾化预合金粉末、1000目以细AlSi10气雾化预合金粉末、1000目以细CuCe20气雾化预合金粉末；金属粉末中的组分质量分数配比为：80-85%的CuSn15水雾化预合金粉末，3%-5%的AlSi10气雾化预合金粉末，10%-17%的CuCe20气雾化预合金粉末；
步骤（2）金刚石预处理：选用金刚石粒度为40-100目之间，对选用的金刚石进行真空镀钛，得到镀钛金刚石；将镀钛金刚石与粒度800目的钴粉进行混合得到混合料，其中，镀钛金刚石与800目钴粉质量比为1：4；然后，在混合料中加入制粒剂进行制粒得到颗粒物料，制粒剂的添加量为1-3wt%，制粒剂由丙三醇和乙醇混合而成，其中丙三醇和乙醇的质量比为1:1； 制粒后，对所得颗粒物料采用氢气还原，还原温度为600℃；还原后采用20-30目筛网筛分，得到钴粉包覆的镀钛金刚石；
步骤（3）热压烧结：将步骤（1）所得金属粉末和步骤（2）所得金刚石混合均匀得到压坯混合料，其中金刚石所占体积分数为4%-8%；使用冷压机对压坯混合料进行压片处理得到刀头压坯；将各刀头压坯拼装装入石墨模具中，经热压烧结完成致密化得到所述金属结合剂刀头。
进一步的是，步骤（3）中热压烧结时烧结温度为720-780℃，烧结压力为350-450Mpa，烧结时间为90-120S。
进一步的是，步骤（3）中热压烧结时的温度曲线为：先40秒升温到400℃保温30秒，去除结合剂中水分和可挥发性杂质；1min升温到650℃，保温40秒，使低熔点金属完成表面活化；40秒升温到740℃，保温2min，使结合剂完全致密化；2min降温至400℃出炉；
步骤（3）中热压烧结时的压力曲线为：初始压力为150MPa，保压130秒；80秒升压到400MPa，保压至烧结完成冷却出炉。
进一步的是，步骤（2）中选用的金刚石包括多种粒度的金刚石。
进一步的是，步骤（2）中选用的金刚石包括40/50粒度的金刚石、50/60粒度的金刚石、60/70粒度的金刚石，并且40/50粒度的金刚石、50/60粒度的金刚石、60/70粒度的金刚石的质量比为3:4:3。
进一步的是，步骤（2）中选用的金刚石包括60/70粒度的金刚石、70/80粒度的金刚石，并且60/70粒度的金刚石、70/80粒度的金刚石的质量比为6:4。
进一步的是，步骤（2）中选用的金刚石包括60/70粒度的金刚石、70/80粒度的金刚石、80/100粒度的金刚石，并且60/70粒度的金刚石、70/80粒度的金刚石、80/100粒度的金刚石的质量比为5:3:1。
一种具有根据前述制备方法制得的金属结合剂刀头的金刚石圆锯片，其特征在于：包括金属基体和所述金属结合剂刀头，所述金属结合剂刀头间隔式分布于所述金属基体的外圆周上；所述金属结合剂刀头通过低熔点银钎料、高频感应焊接于金属基体上，焊接温度采用550-700℃，保温3-5秒。
进一步的是，所述金属基体为锰钢或铬钢基体。
通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：如上所述设计的金属结合剂刀头的制备方法相对于现有技术具有如下优势：
1、对金刚石进行了预处理再与金属粉末混合以热压烧结，使金刚石表面能够有效的包裹两层金属粉末，使其粒径较大，有利于金刚石的均匀分布，在使用相同金刚石质量及粒径下提高切割接触面上有效切割刃数，使切割锋利度提高15%左右；改变金属钴粉的添加方式，使金属结合剂对金刚石的把持力提升，提高金刚石出刃高度，使锋利度增加15%左右；
2、金属粉末中包括了铜铈预合金粉末及AlSi预合金粉末，能够在不影响胎体耐磨度的情况下增加烧结温度，同时抑制液相的流出，增强对金刚石的把持力，得到低耐磨度，高把持力的金属结合剂刀头；
3、将所述金属结合剂刀头的制备方法制得的金属结合剂刀头应用于大理石切割时，切割20-30mm软大理石（米黄类），切割速度为4-6M/min，切割寿命为2200M2左右，崩边尺寸在0.25mm以下；切割20-30mm中硬大理石，切割速度为4-5.5M/min，切割寿命为1800M2左右，崩边尺寸在0.3mm以下；切割20-30mm硬大理石，切割速度为4-5M/min，切割寿命为1400M2左右，崩边尺寸在0.3mm以下；因此，经过金属结合剂刀头的制备方法制得的金属结合剂刀头对金刚石具有高的机械把持力又有合适的耐磨度，满足市场发展要求，适用于各种大理石板材的切割要求，实用性高。
具体实施方式
以下将结合具体实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。若未特别指明，实施例中所采用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所采用的试剂和产品也均为可商业获得的。未详细描述的各种过程和方法是本领域中公知的常规方法，所用试剂均为通过商业途径可以购买到的常用试剂。
实施例1
一种金属结合剂刀头的制备方法，包括如下步骤：
步骤（1）金属粉末预备：选用金属粉末包含400目CuSn15水雾化预合金粉末、1000目以细AlSi10气雾化预合金粉末、1000目以细CuCe20气雾化预合金粉末；金属粉末中的组分质量分数配比为：85%的CuSn15水雾化预合金粉末， 5%的AlSi10气雾化预合金粉末，10%的CuCe20气雾化预合金粉末；
步骤（2）金刚石预处理：选用金刚石，选用的金刚石包括40/50粒度的金刚石、50/60粒度的金刚石、60/70粒度的金刚石，并且40/50粒度的金刚石、50/60粒度的金刚石、60/70粒度的金刚石的质量比为3:4:3；对选用的金刚石进行真空镀钛，得到镀钛金刚石；将镀钛金刚石与粒度800目的钴粉进行混合得到混合料，其中，镀钛金刚石与800目钴粉质量比为1：4；然后，在混合料中加入制粒剂进行制粒得到颗粒物料，制粒剂的添加量为1-3wt%，制粒剂由丙三醇和乙醇混合而成，其中丙三醇和乙醇的质量比为1:1； 制粒后，对所得颗粒物料采用氢气还原，还原温度为600℃；还原后采用20-30目筛网筛分，得到钴粉包覆的镀钛金刚石；其处理后的金刚石粒径变粗，有利于金刚石的均匀分布；
步骤（3）热压烧结：将步骤（1）所得金属粉末和步骤（2）所得金刚石混合均匀得到压坯混合料，其中金刚石所占体积分数为5.3%；使用冷压机对压坯混合料进行压片处理得到刀头压坯；将各刀头压坯拼装装入石墨模具中，经热压烧结完成致密化得到所述金属结合剂刀头。
其中，步骤（3）中热压烧结时的温度曲线为：先40秒升温到400℃保温30秒，去除结合剂中水分和可挥发性杂质；1min升温到650℃，保温40秒，使低熔点金属完成表面活化；40秒升温到740℃，保温2min，使结合剂完全致密化；2min降温至400℃出炉；
步骤（3）中热压烧结时的压力曲线为：初始压力为150MPa，保压130秒；80秒升压到400MPa，保压至烧结完成冷却出炉。
实施例2
实施例2的金属结合剂刀头的制备方法和实施例1的制备方法基本一致，区别在于：
实施例2的步骤（1）中金属粉末包含82%的CuSn15水雾化预合金粉末， 3%的AlSi10雾化粉末，15%的CuCe20气雾化预合金粉末；
实施例2的步骤（2）中选用的金刚石包括60/70粒度的金刚石、70/80粒度的金刚石，并且60/70粒度的金刚石、70/80粒度的金刚石的质量比为6:4。
实施例2的步骤（3）中将步骤（1）所得金属粉末和步骤（2）所得金刚石混合均匀得到压坯混合料，其中金刚石所占体积分数为4.7%。
实施例3
实施例3的金属结合剂刀头的制备方法和实施例1的制备方法基本一致，区别在于：
实施例3的步骤（1）中金属粉末包含80%的CuSn15水雾化预合金粉末，3%的AlSi10雾化粉末，17%的CuCe20气雾化预合金粉末；
实施例3的步骤（2）中选用的金刚石包括60/70粒度的金刚石、70/80粒度的金刚石、80/100粒度的金刚石，并且60/70粒度的金刚石、70/80粒度的金刚石、80/100粒度的金刚石的质量比为5:3:1。
实施例3的步骤（3）中将步骤（1）所得金属粉末和步骤（2）所得金刚石混合均匀得到压坯混合料，其中金刚石所占体积分数为4%。
应用实例
一种金刚石圆锯片，包括金属基体和实施例1所得的金属结合剂刀头，所述金属基体为锰钢基体；所述金属结合剂刀头间隔式分布于所述金属基体的外圆周上；所述金属结合剂刀头通过低熔点银钎料、高频感应焊接于金属基体上。
经实际切割数据得，所述金刚石圆锯片用于切割20-30mm软大理石（米黄类），切割速度为4-6M/min，切割寿命为2200M2左右，崩边尺寸在0.25mm以下。
经实际切割数据得，所述金刚石圆锯片用于切割20-30mm中硬大理石，切割速度为4-5.5M/min，切割寿命为1800M2左右，崩边尺寸在0.3mm以下。
经实际切割数据得，所述金刚石圆锯片用于切割20-30mm硬大理石，切割速度为4-5M/min，切割寿命为1400M2左右，崩边尺寸在0.3mm以下。
对比例
对比例与应用实施例所述的金刚石圆锯片结构一致，区别在于：对比例的金刚石圆锯片的金属结合剂刀头采用的金刚石未经过实施例1中步骤（2）的金刚石预处理。
经实际切割数据得，对比例用于切割20-30mm软大理石（米黄类），切割速度为4-6M/min，切割寿命为1800M2左右，崩边尺寸在0.3mm以下
经实际切割数据得，对比例用于切割20-30mm中硬大理石，切割速度为4-5.5M/min，切割寿命为1500M2左右，崩边尺寸在0.3mm以下。
经实际切割数据得，对比例用于切割20-30mm硬大理石，切割速度为4-5M/min，切割寿命为1200M2左右，崩边尺寸在0.3mm以下。
根据本发明应用实例和对比例的切割效果对比，通过本发明设计的金属结合剂刀头的制备方法制得的金属结合剂刀头，相对于现有技术，对金刚石具有高的机械把持力又有合适的耐磨度，满足市场发展要求，适用于各种大理石板材的切割要求，实用性高。
以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。
Claims (9)
1.一种金属结合剂刀头的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤（1）金属粉末预备：选用金属粉末包含400目CuSn15水雾化预合金粉末、1000目以细AlSi10气雾化预合金粉末、1000目以细CuCe20气雾化预合金粉末；金属粉末中的组分质量分数配比为：80-85%的CuSn15水雾化预合金粉末，3%-5%的AlSi10气雾化预合金粉末，10%-17%的CuCe20气雾化预合金粉末；
步骤（2）金刚石预处理：选用金刚石粒度为40-100目之间，对选用的金刚石进行真空镀钛，得到镀钛金刚石；将镀钛金刚石与粒度800目的钴粉进行混合得到混合料，其中，镀钛金刚石与800目钴粉质量比为1：4；然后，在混合料中加入制粒剂进行制粒得到颗粒物料，制粒剂的添加量为1-3wt%，制粒剂由丙三醇和乙醇混合而成，其中丙三醇和乙醇的质量比为1:1； 制粒后，对所得颗粒物料采用氢气还原，还原温度为600℃；还原后采用20-30目筛网筛分，得到钴粉包覆的镀钛金刚石；
步骤（3）热压烧结：将步骤（1）所得金属粉末和步骤（2）所得金刚石混合均匀得到压坯混合料，其中金刚石所占体积分数为4%-8%；使用冷压机对压坯混合料进行压片处理得到刀头压坯；将各刀头压坯拼装装入石墨模具中，经热压烧结完成致密化得到所述金属结合剂刀头。
2.根据权利要求1所述的金属结合剂刀头的制备方法，其特征在于：步骤（3）中热压烧结时烧结温度为720-780℃，烧结压力为350-450Mpa，烧结时间为90-120S。
3.根据权利要求1或2所述的金属结合剂刀头的制备方法，其特征在于，步骤（3）中热压烧结时的温度曲线为：先40秒升温到400℃保温30秒，去除结合剂中水分和可挥发性杂质；1min升温到650℃，保温40秒，使低熔点金属完成表面活化；40秒升温到740℃，保温2min，使结合剂完全致密化；2min降温至400℃出炉；
步骤（3）中热压烧结时的压力曲线为：初始压力为150MPa，保压130秒；80秒升压到400MPa，保压至烧结完成冷却出炉。
4.根据权利要求1所述的金属结合剂刀头的制备方法，其特征在于：步骤（2）中选用的金刚石包括多种粒度的金刚石。
5.根据权利要求4所述的金属结合剂刀头的制备方法，其特征在于：步骤（2）中选用的金刚石包括40/50粒度的金刚石、50/60粒度的金刚石、60/70粒度的金刚石，并且40/50粒度的金刚石、50/60粒度的金刚石、60/70粒度的金刚石的质量比为3:4:3。
6.根据权利要求4所述的金属结合剂刀头的制备方法，其特征在于：步骤（2）中选用的金刚石包括60/70粒度的金刚石、70/80粒度的金刚石，并且60/70粒度的金刚石、70/80粒度的金刚石的质量比为6:4。
7.根据权利要求4所述的金属结合剂刀头的制备方法，其特征在于：步骤（2）中选用的金刚石包括60/70粒度的金刚石、70/80粒度的金刚石、80/100粒度的金刚石，并且60/70粒度的金刚石、70/80粒度的金刚石、80/100粒度的金刚石的质量比为5:3:1。
8.一种具有根据权利要求1制备方法制得的金属结合剂刀头的金刚石圆锯片，其特征在于：包括金属基体和所述金属结合剂刀头，所述金属结合剂刀头间隔式分布于所述金属基体的外圆周上；所述金属结合剂刀头通过低熔点银钎料、高频感应焊接于金属基体上，焊接温度采用550-700℃，保温3-5秒。
9.根据权利要求8所述的金刚石圆锯片，其特征在于：所述金属基体为锰钢或铬钢基体。
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