CN108788162B - 钢筋混凝土锯片刀头的制备方法 - Google Patents

钢筋混凝土锯片刀头的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钢筋混凝土锯片刀头的制备方法，属于金刚石工具的技术领域。本发明的制备方法是将结合剂粉末与金刚石混匀得到混合料；混合料再经冷压得到冷压坯体，所述冷压坯体热压烧结即可，所述结合剂粉末包括由铝粉和镍粉经冷态混合球磨得到的铝镍合金粉，以及用于调节胎体耐磨性的非金属元素粉末。本发明的制备方法在结合剂中引入了可发生自蔓延反应的低温球磨Al‑Ni合金组分，以及能够调节金刚石胎体耐磨性的非金属元素粉末；从而使得热压烧结的钢筋混凝土锯片刀头不仅提高了胎体对金刚石的把持力，而且胎体的耐磨性与金刚石的出刃相匹配，有利于发挥金刚石颗粒的切削性能，提高了钢筋混凝土锯片刀头的锋利度以及使用寿命。

Description

钢筋混凝土锯片刀头的制备方法
技术领域
本发明涉及金刚石工具的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种钢筋混凝土锯片刀头的制备方法。
背景技术
节块式结合剂金刚石制品通常采用粉末冶金烧结生产工艺，将金刚石磨粒与金属粉末混合冷压成型后，置于石墨模具中热压烧结。金刚石磨粒在固结结合剂的把持下发挥功效，工具的锋利度取决于金刚石的出刃高度与速度，并且还受制于烧结胎体的磨损性能。常规生产工艺所制备的节块刀头往往存在着胎体对金刚石的把持力与磨损适配性相矛盾的难题：即高温烧结的高致密胎体对金刚石的把持力强，但耐磨性过强，金刚石出刃不够，锋利度不足；而低温烧结胎体的磨损性弱化，但其对金刚石的润湿能力不足，把持力下降，金刚石易过早剥落失效，无法有效保证锋利度与使用寿命。
为了解决上述矛盾以提高金刚石刀头的产品质量，而引进新的烧结机制开发新的材料体系，增强胎体对金刚石的把持力，是金刚石制品的迫切需求。CN103521774A公开了一种自蔓延制备金刚石节块工具的方法，所采用的结合剂中包括40～70％的Ni、10～30％的Al等自蔓延组分。并利用激光覆盖加热节块压块，通过激光引燃自蔓延反应，而其反应迅速容易导致过多的孔隙，从而导致其使用寿命较短，而为了保证胎体对金刚石的把持力，其中还添加了5～20％的Cr、5～25％的Ti，而Cr和Ti的引入大大提高了该金刚石刀头的生产成本。
综上，采用低温烧结工艺如何保证胎体对金刚石具有足够把持力同时兼有与金刚石间的磨损适配性而提高工具的锋利度，是行业发展的现实需求。
发明内容
为了减少能耗、提高金刚石刀具的锋利度，本发明提供了一种钢筋混凝土锯片刀头的制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：
一种钢筋混凝土锯片刀头的制备方法，其是将结合剂粉末与金刚石混匀得到混合料；混合料再经冷压得到冷压坯体，所述冷压坯体热压烧结即可，其特征在于：所述结合剂粉末包括由铝粉和镍粉经冷态混合球磨得到的铝镍合金粉，以及用于胎体耐磨性的非金属元素粉末。
其中，所述结合剂粉末还包括金属元素粉末，所述金属元素组分选自Fe、Cu或Sn中的至少一种或几种。
其中，所述结合剂粉末由铝镍合金粉、非金属元素粉末和余量的金属元素粉末组成。
其中，所述结合剂粉末中铝镍合金粉的重量百分比为20～30wt％。
其中，所述非金属元素粉末为石墨、硅和/或硼，并且所述非金属元素粉末的含量为0.10～3.0％，优选为0.10～1.0wt％。
其中，所述铝粉和镍粉的摩尔比为1∶1～1∶3。
其中，所述铝镍合金粉在-50℃以下的低温环境下混合球磨得到，作为优选地，所述铝镍合金粉在-100℃以下的低温环境下混合球磨得到。
其中，热压烧结时的烧结温度为730～850℃，烧结压力为220～300kgf/cm2。
与最接近的现有技术相比，本发明所述的制备钢筋混凝土锯片刀头的制备方法具有以下有益效果：
本发明的制备方法在结合剂中引入了可发生自蔓延反应的低温球磨Al-Ni合金组分，以及能够调节金刚石胎体耐磨性的非金属元素粉末；从而使得热压烧结的钢筋混凝土锯片刀头不仅提高了胎体对金刚石的把持力，而且胎体的耐磨性与金刚石的出刃相匹配，有利于发挥金刚石颗粒的切削性能，提高了钢筋混凝土锯片刀头的锋利度以及使用寿命。
附图说明
图1为本发明的钢筋混凝土锯片刀头的结构示意图。
图2为低温球磨的Al-Ni合金粉末的粒径分布。
图3为室温球磨的Al-Ni合金粉末的粒径分布。
图4为制备金刚石刀头的石墨模具(内含两片金刚石刀头)的结构示意图。
图5为图4的垂直截面示意图。
图6为图4的水平截面示意图(沿金刚石刀头水平剖切)。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明所述的制备钢筋混凝土锯片刀头的制备方法做进一步的阐述，以期对本发明的技术方案做出更完整和清楚的说明。
为了保证胎体对金刚石具有足够把持力同时兼有与锯片刀头中的金刚石的磨损适配性而提高工具的锋利度，提高实用寿命，本发明提供了一种制备钢筋混凝土锯片刀头的新颖方法。本发明的制备方法是在传统的金属粘结剂配方体系中采用了低温球磨Al-Ni合金组分，以及能够调节金刚石胎体耐磨性的非金属元素粉末。在热压烧结过程中低温球磨Al-Ni合金组分可产生金属键化合放热反应并且提高烧结胎体对金刚石的把持力。而非金属元素粉末能够调节胎体的耐磨性，从而可以使得胎体对钢筋混凝土的耐磨性与金刚石的出刃速度相匹配。
作为示例性地，本发明的制备钢筋混凝土锯片刀头的主要操作如下：将细粒度铝粉(粒径≤10μm)与羰基镍粉以1∶1～1∶3的原子比在惰性气氛保护下冷态混合球磨(-50℃以下，可以利用液氮、干冰等控制球磨机在规定的温度以下)，球料比为(8～10)∶1，球磨时间为8～24小时。在惰性保护气氛中取料，出料粒度＜2μm。将得到的低温球磨Al-Ni合金组分按配方比例与其它金属元素粉末以及非金属元素粉末以及金刚石磨粒按照预设的配比在充有氮气的圆形混料桶中混合1.5～2.5小时，混合均匀后，装料于自动冷压机料槽中，在钢模中冷压成型至坯体设计尺寸。将冷压坯体组装于石墨模具(如图4～6所示)中在热压烧结机上热压烧结，烧结温度为730～850℃，烧结压力为220～300kgf/cm2。高温烧结完成后，卸压冷却取模，拆卸刀头。
以下将以制备尺寸为40mm(长)×15mm(高)×3.6mm(厚)Φ400mm钢筋混凝土锯片刀头(如图1所示)为例详细介绍本发明的制备方法。
作为示例性地，在本发明的实施例1～2以及对比例1～2中Al-Ni合金组分通过以下方法制备得到：
将细粒度铝粉(粒径≤10μm)与羰基镍粉以1∶3的原子比在氩气保护下冷态混合球磨(-100℃以下，利用液氮保温)，球料比为10∶1，球磨时间为20小时，得到粒径小于2μm的低温Al-Ni合金组分，粒径分布如图2所示。
作为对比，在本发明的对比例3～4中采用的Al-Ni合金组分通过以下方法制备得到：
将细粒度铝粉(粒径≤10μm)与羰基镍粉以1∶3的原子比在氩气保护下混合球磨(常温，无温度控制装置)，球料比为10∶1，球磨时间为20小时，得到粒径小于2μm的常温Al-Ni合金组分，粒径分布如图3所示。
实施例1
采用质量配比为51％Fe+15％Cu+3％Sn+30％(Al-Ni合金组分)+1％石墨的配方体系的结合剂粉末制备钢筋混凝土锯片刀头。其中Fe为羰基粉末，Cu为300目电解粉末，Sn为400目雾化粉末，石墨为325目鳞片石墨粉。制备规格为40mm(长)×15mm(高)×3.6mm(厚)的Φ400mm钢筋混凝土锯片刀头。将结合剂以及金刚石磨粒(金刚石磨粒的体积浓度为38％，该体积浓度百分数是指相对于金刚石制品国际浓度标准的相对百分值)在充有氮气的圆形混料桶中混合1.5～2.5小时，混合均匀后，装料于自动冷压机料槽中，在钢模中冷压成型至坯体设计尺寸，冷压坯体的压实密度为理论密度的70％以上。将冷压坯体组装于石墨模具中在热压烧结机上热压烧结，烧结温度为820℃，烧结压力为230～300kgf/cm2。烧结完成后，卸压冷却取模，拆卸刀头。刀头烧结致密度98.5％，硬度HRB95，抗弯强度790MPa。将刀头钎焊于钢质基体上，制备成品锯片。锯片装于手推式水泥切割机上切割厚度为80mm的C25水泥混凝土路面(无鹅卵石)，水冷切割。锯片的平均切割速度为3.9m/min，切割寿命为2028米。
实施例2
采用质量配比为56％Fe+20％Cu+3％Sn+20％(Al-Ni合金组分)+1％B的配方体系的结合剂粉末制备钢筋混凝土锯片刀头。其中Fe为羰基粉末，Cu为300目电解粉末，Sn为400目雾化粉末，B为300目无定形硼粉。制备规格为40mm(长)×15mm(高)×3.6mm(厚)的Φ400mm钢筋混凝土锯片刀头。将结合剂以及金刚石磨粒(金刚石磨粒的体积浓度为38％，该体积浓度百分数是指相对于金刚石制品国际浓度标准的相对百分值)在充有氮气的圆形混料桶中混合1.5～2.5小时，混合均匀后，装料于自动冷压机料槽中，在钢模中冷压成型至坯体设计尺寸，冷压坯体的压实密度为理论密度的70％以上。将冷压坯体组装于石墨模具中在热压烧结机上热压烧结，烧结温度为820℃，烧结压力为230～300kgf/cm2。烧结完成后，卸压冷却取模，拆卸刀头。刀头烧结致密度98.7％，硬度HRB98，抗弯强度830MPa。将刀头钎焊于钢质基体上，制备成品锯片。锯片装于手推式水泥切割机上切割厚度为80mm的C25水泥混凝土路面(无鹅卵石)，水冷切割。锯片的平均切割速度为3.8m/min，切割寿命为1936米。
对比例1
采用质量配比为51％Fe+16％Cu+3％Sn+30％(Al-Ni合金组分)的配方体系的结合剂粉末制备钢筋混凝土锯片刀头。其中Fe为羰基粉末，Cu为300目电解粉末，Sn为400目雾化粉末。制备规格为40mm(长)×15mm(高)×3.6mm(厚)的Φ400mm钢筋混凝土锯片刀头。将结合剂以及金刚石磨粒(金刚石磨粒的体积浓度为38％，该体积浓度百分数是指相对于金刚石制品国际浓度标准的相对百分值)在充有氮气的圆形混料桶中混合1.5～2.5小时，混合均匀后，装料于自动冷压机料槽中，在钢模中冷压成型至坯体设计尺寸，冷压坯体的压实密度为理论密度的70％以上。将冷压坯体组装于石墨模具中在热压烧结机上热压烧结，烧结温度为820℃，烧结压力为230～300kgf/cm2。烧结完成后，卸压冷却取模，拆卸刀头。刀头烧结致密度98.5％，硬度HRB102，抗弯强度890MPa。将刀头钎焊于钢质基体上，制备成品锯片。锯片装于手推式水泥切割机上切割厚度为80mm的C25水泥混凝土路面(无鹅卵石)，水冷切割。锯片的平均切割速度为3.6m/min，切割寿命为1927米。
对比例2
采用质量配比为57％Fe+20％Cu+3％Sn+20％(Al-Ni合金组分)的配方体系的结合剂粉末制备钢筋混凝土锯片刀头。其中Fe为羰基粉末，Cu为300目电解粉末，Sn为400目雾化粉末。制备规格为40mm(长)×15mm(高)×3.6mm(厚)的Φ400mm钢筋混凝土锯片刀头。将结合剂以及金刚石磨粒(金刚石磨粒的体积浓度为38％，该体积浓度百分数是指相对于金刚石制品国际浓度标准的相对百分值)在充有氮气的圆形混料桶中混合1.5～2.5小时，混合均匀后，装料于自动冷压机料槽中，在钢模中冷压成型至坯体设计尺寸，冷压坯体的压实密度为理论密度的70％以上。将冷压坯体组装于石墨模具中在热压烧结机上热压烧结，烧结温度为820℃，烧结压力为230～300kgf/cm2。烧结完成后，卸压冷却取模，拆卸刀头。刀头烧结致密度98.8％，硬度HRB103，抗弯强度890MPa。将刀头钎焊于钢质基体上，制备成品锯片。锯片装于手推式水泥切割机上切割厚度为80mm的C25水泥混凝土路面(无鹅卵石)，水冷切割。锯片的平均切割速度为3.4m/min，切割寿命为1755米。
对比例3
采用质量配比为51％Fe+15％Cu+3％Sn+30％(Al-Ni合金组分)+1％石墨的配方体系的结合剂粉末制备钢筋混凝土锯片刀头。其中Fe为羰基粉末，Cu为300目电解粉末，Sn为400目雾化粉末，石墨为325目鳞片石墨粉。制备规格为40mm(长)×15mm(高)×3.6mm(厚)的Φ400mm钢筋混凝土锯片刀头。将结合剂以及金刚石磨粒(金刚石磨粒的体积浓度为38％，该体积浓度百分数是指相对于金刚石制品国际浓度标准的相对百分值)在充有氮气的圆形混料桶中混合1.5～2.5小时，混合均匀后，装料于自动冷压机料槽中，在钢模中冷压成型至坯体设计尺寸，冷压坯体的压实密度为理论密度的70％以上。将冷压坯体组装于石墨模具中在热压烧结机上热压烧结，烧结温度为820℃，烧结压力为230～300kgf/cm2。烧结完成后，卸压冷却取模，拆卸刀头。刀头烧结致密度94.5％，硬度HRB92，抗弯强度780MPa。将刀头钎焊于钢质基体上，制备成品锯片。锯片装于手推式水泥切割机上切割厚度为80mm的C25水泥混凝土路面(无鹅卵石)，水冷切割。锯片的平均切割速度为3.6m/min，切割寿命为1679米。
对比例4
采用质量配比为56％Fe+20％Cu+3％Sn+20％(Al-Ni合金组分)+1％B的配方体系的结合剂粉末制备钢筋混凝土锯片刀头。其中Fe为羰基粉末，Cu为300目电解粉末，Sn为400目雾化粉末，B为300目无定形硼粉。制备规格为40mm(长)×15mm(高)×3.6mm(厚)的Φ400mm钢筋混凝土锯片刀头。将结合剂以及金刚石磨粒(金刚石磨粒的体积浓度为38％，该体积浓度百分数是指相对于金刚石制品国际浓度标准的相对百分值)在充有氮气的圆形混料桶中混合1.5～2.5小时，混合均匀后，装料于自动冷压机料槽中，在钢模中冷压成型至坯体设计尺寸，冷压坯体的压实密度为理论密度的70％以上。将冷压坯体组装于石墨模具中在热压烧结机上热压烧结，烧结温度为820℃，烧结压力为230～300kgf/cm2。烧结完成后，卸压冷却取模，拆卸刀头。刀头烧结致密度94.2％，硬度HRB98，抗弯强度810MPa。将刀头钎焊于钢质基体上，制备成品锯片。锯片装于手推式水泥切割机上切割厚度为80mm的C25水泥混凝土路面(无鹅卵石)，水冷切割。锯片的平均切割速度为3.4m/min，切割寿命为1635米。
尽管实施例中仅示例性的示意了一种低温球磨组分和一种规格尺寸的钢筋混凝土锯片刀头，但只要将铝粉和镍粉的摩尔比保持在本申请发明内容部分限定的范围内，并且控制冷态混合球磨的温度为-50℃以下，都可以得到优于普通室温球磨的技术效果。而且同样地，添加本发明所要求范围的非金属元素粉末(例如Si、B和石墨等)能够调节胎体的耐磨性，从而可以使得胎体对钢筋混凝土的耐磨性与金刚石的出刃速度相匹配，提高切割速率并提高使用寿命。
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 (3)

1.一种钢筋混凝土锯片刀头的制备方法，其是将结合剂粉末与金刚石混匀得到混合料；混合料再经冷压得到冷压坯体，所述冷压坯体热压烧结即可，其特征在于：所述结合剂粉末包括由铝粉和镍粉经冷态混合球磨得到的铝镍合金粉，用于调节胎体耐磨性的非金属元素粉末以及金属元素粉末；所述金属元素组分选自Fe、Cu或Sn中的至少一种或几种；所述非金属元素粉末的含量为0.10～3.0wt％；所述结合剂粉末中铝镍合金粉的重量百分比为20～30wt％，所述铝粉和镍粉的摩尔比为1∶1～1∶3，所述非金属元素粉末为石墨和/或硅，所述铝镍合金粉在氩气保护下-50℃以下的低温环境下混合球磨得到；热压烧结时的烧结温度为730～850℃，烧结压力为220～300kgf/cm2。
2.根据权利要求1所述的钢筋混凝土锯片刀头的制备方法，其特征在于：所述结合剂粉末由铝镍合金粉、非金属元素粉末和余量的金属元素粉末组成。
3.根据权利要求1所述的钢筋混凝土锯片刀头的制备方法，其特征在于：所述非金属元素粉末的含量为0.10～1.0wt％。
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