CN108796331A - 花岗岩锯片刀头的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种花岗岩锯片刀头的制备方法，属于金刚石工具的技术领域。本发明的花岗岩锯片刀头的制备方法，所述制备方法是将粉末原料进行配料得到金属结合剂粉末；然后将金属结合剂粉末与金刚石混匀得到混合料；所述混合料再经冷压和热压即可，所述粉末原料包括由铝粉和镍粉经冷态混合球磨得到的铝镍合金粉。本发明的制备方法采用了低温球磨Al‑Ni合金组分，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，使得切削操作时烧结胎体的磨损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，从而提高金刚石工具的锋利度并且延长了其使用寿命。

Description

花岗岩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，本发明涉及一种花岗岩锯片刀头的制备方法。
背景技术
节块式金属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，是金刚石制品烧结技术的迫切需求。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，本发明提供了一种花岗岩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：
一种花岗岩锯片刀头的制备方法，其是将粉末原料进行配料得到金属结合剂粉末；然后将金属结合剂粉末与金刚石混匀得到混合料；所述混合料再经冷压和热压即可，其特征在于：所述粉末原料包括由铝粉和镍粉经冷态混合球磨得到的铝镍合金粉。
其中，所述铝粉和镍粉的摩尔比为1∶1～1∶3。
其中，所述粉末原料还包括Fe、Cu或Sn中的至少一种或几种。
其中，所述粉末原料基本由Fe、Cu或Sn中的至少一种或几种，以及铝镍合金粉组成。
其中，所述粉末原料中铝镍合金粉的重量百分比为20～50wt％，优选为20～30wt％。
其中，所述粉末原料基本不含有Ti和/或Cr。
其中，所述粉末原料Ti的含量小于0.5wt％，优选小于0.1wt％；Cr的含量小于0.5wt％，优选小于0.1wt％。
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。
与最接近的现有技术相比，本发明所述的制备花岗岩锯片刀头的制备方法具有以下有益效果：
本发明的制备方法采用了低温球磨Al-Ni合金组分，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，使得切削操作时烧结胎体的磨损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，从而提高金刚石工具的锋利度并且延长了其使用寿命。
附图说明
图1为低温球磨的Al-Ni合金粉末的粒径分布。
图2为室温球磨的Al-Ni合金粉末的粒径分布。
图3为本发明的花岗岩锯片刀头的结构示意图。
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花岗岩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花岗岩锯片刀头的新颖方法。本发明的技术方案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，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，使得切削操作花岗岩时烧结胎体的磨损与金刚石的出刃相匹配。
作为示例性地，本发明的制备花岗岩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粉末以及金刚石磨粒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)×3.2mm(厚)Φ350mm花岗岩锯片刀头(如图3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1所示。
作为对比，在本发明的对比例中采用的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2所示。
实施例1
采用质量配比为59％Fe+18％Cu+20％(Al-Ni合金组分)+3％Sn的配方体系的金属结合剂制备花岗岩锯片刀头。其中Fe为化学法制备的超细粉末(中位径粒度D50：7-10μm，氧含量4500ppm)，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)×3.2mm(厚)的Φ350mm花岗岩锯片刀头。将金属结合剂以及金刚石磨粒(金刚石磨粒的体积浓度为29％，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750℃，烧结压力为220～250kgf/cm2。烧结完成后，卸压冷却取模，拆卸刀头。刀头烧结致密度97.6％，硬度HRB97，抗弯强度760MPa。将刀头钎焊于钢质基体上，制备成品锯片。锯片装于自动桥式切割机上切割厚度为20mm的三花(中等硬度花岗岩)板材，水冷切割。锯片的平均切割速度为7.8m/min，切割寿命为222米。
实施例2
采用质量配比为50％Fe+18％Cu+30％(Al-Ni合金组分)+2％Sn的配方体系的金属结合剂制备花岗岩锯片刀头。其中Fe为化学法制备的超细粉末(中位径粒度D50：7-10μm，氧含量4500ppm)，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)×3.2mm(厚)的Φ350mm花岗岩锯片刀头。将金属结合剂以及金刚石磨粒(金刚石磨粒的体积浓度为32％，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750℃，烧结压力为220～250kgf/cm2。烧结完成后，卸压冷却取模，拆卸刀头。刀头烧结致密度97.5％，硬度HRB99，抗弯强度790MPa。将刀头钎焊于钢质基体上，制备成品锯片。锯片装于自动桥式切割机上切割厚度为20mm的三花(中等硬度花岗岩)板材，水冷切割。锯片的平均切割速度为7.5m/min，切割寿命为231米。
实施例3
采用质量配比为31％Fe+15％Cu+50％(Al-Ni合金组分)+4％Sn的配方体系的金属结合剂制备花岗岩锯片刀头。其中Fe为化学法制备的超细粉末(中位径粒度D50：7-10μm，氧含量4500ppm)，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)×3.2mm(厚)的Φ350mm花岗岩锯片刀头。将金属结合剂以及金刚石磨粒(金刚石磨粒的体积浓度为31％，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750℃，烧结压力为220～280kgf/cm2。烧结完成后，卸压冷却取模，拆卸刀头。刀头烧结致密度96.2％，硬度HRB102，抗弯强度810MPa。将刀头钎焊于钢质基体上，制备成品锯片。锯片装于自动桥式切割机上切割厚度为20mm的三花(中等硬度花岗岩)板材，水冷切割。锯片的平均切割速度为8.3m/min，切割寿命为205米。
对比例1
采用质量配比为59％Fe+18％Cu+20％(Al-Ni合金组分)+3％Sn的配方体系的金属结合剂制备花岗岩锯片刀头。其中Fe为化学法制备的超细粉末(中位径粒度D50：7-10μm，氧含量4500ppm)，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)×3.2mm(厚)的Φ350mm花岗岩锯片刀头。将金属结合剂以及金刚石磨粒(金刚石磨粒的体积浓度为29％，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750℃，烧结压力为220～250kgf/cm2。烧结完成后，卸压冷却取模，拆卸刀头。刀头烧结致密度95.3％，硬度HRB98，抗弯强度730MPa。将刀头钎焊于钢质基体上，制备成品锯片。锯片装于自动桥式切割机上切割厚度为20mm的三花(中等硬度花岗岩)板材，水冷切割。锯片的平均切割速度为7.1m/min，切割寿命为196米。
对比例2
采用质量配比为50％Fe+18％Cu+30％(Al-Ni合金组分)+2％Sn的配方体系的金属结合剂制备花岗岩锯片刀头。其中Fe为化学法制备的超细粉末(中位径粒度D50：7-10μm，氧含量4500ppm)，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)×3.2mm(厚)的Φ350mm花岗岩锯片刀头。将金属结合剂以及金刚石磨粒(金刚石磨粒的体积浓度为32％，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750℃，烧结压力为220～250kgf/cm2。烧结完成后，卸压冷却取模，拆卸刀头。刀头烧结致密度95.1％，硬度HRB96，抗弯强度730MPa。将刀头钎焊于钢质基体上，制备成品锯片。锯片装于自动桥式切割机上切割厚度为20mm的三花(中等硬度花岗岩)板材，水冷切割。锯片的平均切割速度为6.9m/min，切割寿命为203米。
对比例3
采用质量配比为31％Fe+15％Cu+50％(Al-Ni合金组分)+4％Sn的配方体系的金属结合剂制备花岗岩锯片刀头。其中Fe为化学法制备的超细粉末(中位径粒度D50：7-10μm，氧含量4500ppm)，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)×3.2mm(厚)的Φ350mm花岗岩锯片刀头。将金属结合剂以及金刚石磨粒(金刚石磨粒的体积浓度为31％，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750℃，烧结压力为220～280kgf/cm2。烧结完成后，卸压冷却取模，拆卸刀头。刀头烧结致密度93.9％，硬度HRB105，抗弯强度720MPa。将刀头钎焊于钢质基体上，制备成品锯片。锯片装于自动桥式切割机上切割厚度为20mm的三花(中等硬度花岗岩)板材，水冷切割。锯片的平均切割速度为7.1m/min，切割寿命为172米。
从以上实施例与对比例的比较可以看出，采用低温球磨Al-Ni合金组分，相对于普通的室温球磨Al-Ni合金组分制备的锯片刀头可以使得切削操作时烧结胎体的磨损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，从而提高了切削速度，并且延长了其使用寿命。另外，尽管实施例中仅示例性的示意了一种低温球磨组分，但只要将铝粉和镍粉的摩尔比保持在1∶1～1∶3的原子比范围，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。
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)

1.一种花岗岩锯片刀头的制备方法，所述制备方法是将粉末原料进行配料得到金属结合剂粉末；然后将金属结合剂粉末与金刚石混匀得到混合料；所述混合料再经冷压和热压即可，其特征在于：所述粉末原料包括由铝粉和镍粉经冷态混合球磨得到的铝镍合金粉。
2.根据权利要求1所述的花岗岩锯片刀头的制备方法，其特征在于：所述铝粉和镍粉的摩尔比为1∶1～1∶3。
3.根据权利要求1所述的花岗岩锯片刀头的制备方法，其特征在于：所述粉末原料还包括Fe、Cu或Sn中的至少一种或几种。
4.根据权利要求1所述的花岗岩锯片刀头的制备方法，其特征在于：所述粉末原料基本由Fe、Cu或Sn中的至少一种或几种，以及铝镍合金粉组成。
5.根据权利要求1-3任一项所述的花岗岩锯片刀头的制备方法，其特征在于：所述粉末原料中铝镍合金粉的重量百分比为20～50wt％。
6.根据权利要求5所述的花岗岩锯片刀头的制备方法，其特征在于：所述粉末原料中铝镍合金粉的重量百分比为20～30wt％。
7.根据权利要求1-3任一项所述的花岗岩锯片刀头的制备方法，其特征在于：所述粉末原料基本不含有Ti和/或Cr。
8.根据权利要求7所述的花岗岩锯片刀头的制备方法，其特征在于：所述粉末原料Ti的含量小于0.5wt％；Cr的含量小于0.5wt％。
9.根据权利要求1所述的花岗岩锯片刀头的制备方法，其特征在于：所述铝镍合金粉在-50℃以下的低温环境下混合球磨得到。
10.根据权利要求9所述的花岗岩锯片刀头的制备方法，其特征在于：所述铝镍合金粉在-100℃以下的低温环境下混合球磨得到。
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