CN108889937A - 低温烧结胎体粉末、采用该胎体粉末的金刚石刀具及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温烧结胎体粉末、采用该胎体粉末的金刚石刀具及其制备方法。该胎体粉末按质量百分比由如下组分组成：Sn 5％～17％，Co 5％～25％，Me 1％～10％，其余为Cu与不可避免的杂质，其中，Me选自非晶粉末、含有稀土元素的预合金粉末、Ni、石墨中的至少一种。本发明的胎体粉末为铜基胎体粉，从而使烧结温度明显降低，降低了能源损耗，减少模具的损耗，降低生产成本；同时，减小高温烧结时对金刚石的损伤，可适当降低工具所使用金刚石的品级，降低工具的材料成本。
Description
技术领域
本发明涉及超硬材料领域，尤其涉及一种低温烧结胎体粉末、含该胎体粉末的金刚石刀具及其制备方法。
背景技术
金刚石工具以其优越的切削、磨削和耐磨等性能被广泛的应用于建筑、地质、机械等领域，是切削、钻探、打磨石材、瓷砖、玉石、玻璃及混凝土等非金属硬脆材料的高效工具。金刚石工具中绝大多数是将粘结剂与人造金刚石颗粒相混合，经成形、烧结而成的孕镶式工具。金刚石颗粒主要起到切削刃的作用，胎体结合剂主要起到固定金刚石颗粒的作用，以充分高效地发挥金刚石颗粒的切削、磨削作用，基体则起到支撑与保护的作用。
金刚石工具中金刚石锯片、金刚石钻头和金刚石砂轮作为最主要的三大类工具，其中金刚石锯片一直是金刚石工具中的主导产品，也是应用最为广泛的金刚石工具。金刚石工具按制造工艺方法可分为整体烧结式、激光焊接式、高频焊接式和钎焊式等。
目前的金刚石工具烧结温度多在800℃以上，对金刚石损伤很大，使得工具中金刚石颗粒的切削作用达不到预定效果；同时烧结过程中模具的损耗和能源消耗也非常大。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种低温烧结胎体粉末，该胎体粉末用于金刚石工具。
本发明的目的之二是提供一种采用该胎体粉末的金刚石刀具。
本发明的目的之三是提供一种上述金刚石刀具的制备方法。
为了达到上述目的，本发明提供如下的技术方案：
一种低温烧结胎体粉末，按质量百分比由如下组分组成：Sn 5％～17％，Co 5％～25％，Me 1％～10％，其余为Cu与不可避免的杂质，其中，Me选自非晶粉末、含有稀土元素的预合金粉末、Ni、石墨中的至少一种；
所述非晶粉末为非晶粉末AP-01或/和非晶粉末FQH10，
按质量百分比，所述非晶粉末AP-01由如下组分组成：P5％～10％，C5％～10％，Mo2％～4％，B2％～4％，Si2％～5％，Fe余量；
按质量百分比，所述非晶粉末FQH10由如下组分组成：W8％～10％，Ni3％，Cr4％～6％，Mo2％～3％，B2％～4％，Si5％，Fe余量；
所述含有稀土元素的预合金粉末为FOLLOW500，
按质量百分比，所述FOLLOW500由如下组分组成：Fe15％-20％，Cr10-15％，Cu2％-4％，Mo3％，B2％-4％，Si3％-5％，Ni余量。
非晶粉末AP-01、非晶粉末FQH10、FOLLOW500均为安泰科技股份有限公司在售产品型号，采用常规方法制备。
Cu、Co和Sn可以单质粉末的形式添加在胎体粉末中。Ni和石墨也可以单质粉末的形式添加在胎体粉末中。
在上述低温烧结胎体粉末中，作为一种优选实施方式，在所述胎体粉末中，所述Cu的质量百分比为55％～70％(比如56％、58％、60％、62％、64％、66％、68％、69％)。由于Cu能与多种金属和非金属形成合金，铜合金对金刚石具有最低的润湿角，而且有较低的烧结温度，较好的成形性和可烧结性，由此铜基胎体在金刚石工具中可以满足不同的使用需求。
在上述低温烧结胎体粉末中，作为一种优选实施方式，在所述胎体粉末中，所述Sn的质量百分比为10％～17％(比如11％、13％、15％、16％)。Sn可以降低合金的熔点，改善压制成形性，同时Sn可以改善黏结金属对金刚石的润湿。
在上述低温烧结胎体粉末中，作为一种优选实施方式，在所述胎体粉末中，所述Co的质量百分比为15％～20％(比如16％、17％、18％、19％)。Co在特定的条件下，能和金刚石形成碳化物，同时又能使极薄的Co膜铺展在金刚石表面，对金刚石的把持力大约是Cu的10倍，而且Co的高温性能稳定性极佳。
在上述低温烧结胎体粉末中，作为一种优选实施方式，在所述胎体粉末中，所述Me的质量百分比为3％～8％(比如4％、5％、6％、7％)。适当Me的添加可以降低烧结温度而且不影响金刚石工具的性能。
在上述低温烧结胎体粉末中，作为一种优选实施方式，所述胎体粉末中各种组分的颗粒中位径D50为1μm～40μm(比如2μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、38μm)。粒度过细，混料过程中将极易氧化或者结块；粒度过粗，混料过程中将不易于粉末混合均匀，由此粒度过细或过粗都将影响产品最后的性能。其中所述中位径D50通过激光粒度计测定。
在上述低温烧结胎体粉末中，作为一种优选实施方式，所述Cu的激光粒度D50为1μm～10μm(比如1.5μm、2.5μm、3.5μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm)；且所述非晶粉末和所述预合金粉末的激光粒度D50为1μm～10μm(比如1.5μm、2.5μm、3.5μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm)。将Cu、非晶粉末和所述预合金粉末这三种组分的粒度控制在该范围可以进一步降低烧结温度。
在上述低温烧结胎体粉末中，作为一种优选实施方式，所述Cu是经过球磨处理(包括普通球磨处理，优选转速为100-200转/分钟，球磨时间10-20小时；高能球磨处理，优选转速为300-500转/分钟，球磨时间15-30小时)且激光粒度D50为1μm～10μm的粉末；且所述非晶粉末和所述预合金粉末是经过球磨处理(包括普通球磨处理，优选转速为100-200转/分钟，球磨时间10-20小时；高能球磨处理，优选转速为300-500转/分钟，球磨时间15-30小时)且激光粒度D50为1μm～10μm的粉末。球磨工艺和时间的不同会改变粉末的微观形貌与粒度大小，直接影响金刚石工具的烧结温度，因为不同的烧结温度对金刚石损害不同，从而导致最终工具的性能不同，因此，本发明优选所述Cu的球磨处理为高能球磨处理。为了降低烧结温度和提高胎体性能，Me选自非晶粉末、含有稀土元素的预合金粉末、Ni、石墨中的至少一种，优选部分金属粉为经特殊处理(即普通球磨处理或者高能球磨处理)的超细粉末，激光粒度D50为1μm～10μm。由于Me的添加和部分金属粉末经过特殊处理，导致金属颗粒表面活性添加，致使烧结温度的降低，从而在较低的温度下刀头烧结密度达到理论密度的98％以上，同时，由于烧结温度的降低，大大降低了烧结过程对金刚石的损害，基体硬度提高，使得金刚石工具有更好的锋利度和使用寿命。
低温烧结胎体粉末的制备方法，按照上述组分配比称取各组分并混合均匀得到所述低温烧结胎体粉末。
一种采用上述胎体粉末的金刚石工具，包括基体和刀头，其中刀头包括：上述胎体粉末和金刚石，所述金刚石占所述刀头的质量百分比为0.5％～4％(比如0.6％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、3.8％)；
在上述金刚石刀具中，作为一种优选实施方式，所述金刚石的颗粒中位径D50为50μm～400μm(比如60μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、390μm)。
在上述金刚石刀具中，作为一种优选实施方式，所述基体为65Mn以上牌号的钢材制成；更优选地，所述基体是经过淬火处理的；进一步优选地，所述65Mn以上牌号的钢材包括75Cr1、SKS51以及25CrMo等。
在上述金刚石刀具中，所述的金刚石工具可以为金刚石锯片，金刚石钻头、金刚石砂轮；可以为整体烧结型金刚石工具，也可以为激光和高频焊接型金刚石工具。尤其以金刚石锯片最为适合。
上述金刚石工具的制备方法，包括如下步骤：
混料步骤，按上述配比将上述胎体粉末与金刚石进行混料处理，得到混合粉末；
制粒步骤，向所述混合粉末中加入制粒剂进行造粒处理，得到近球形颗粒；
冷压成型步骤，将所述近球形颗粒进行模压成型处理，得到刀头坯料；或者将所述近球形颗粒和基体一起进行模压成型处理，得到整体坯料；
烧结步骤，将所述刀头坯料或所述整体坯料进行烧结处理，冷却后得到金刚石工具半成品。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述制备方法还包括后处理步骤，将所述金刚石工具半成品进行后处理，得到金刚石工具成品。更优选地，当所述烧结处理的对象是所述整体坯料时，所述后处理包括：开刃、抛光、喷漆以及检验。当所述烧结处理的对象是所述刀头坯料时，所述后处理包括刀头与基体的激光或高频焊接、开刃、抛光、喷漆以及检验。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述混料处理包括：首先，向所述胎体粉末中加入甘油酒精溶液，混料1h～2h(比如1.2h、1.5h、1.8h)；然后再按照上述胎体粉末与金刚石的比例加入金刚石颗粒，继续混料0.5-1.5h(比如0.6h、0.8h、1h、1.2h、1.4h，优选为1h)；更优选地，加入所述甘油酒精溶液的质量为胎体粉末质量的1-3％(比如1.1％、1.5％、2％、2.5％、2.8％)；进一步优选为2％。所述甘油酒精溶液中，甘油与酒精的体积比优选为1:4。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述混料处理是在三维混料机中完成的。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述制粒步骤中，所述制粒剂的用量为所述混合粉末质量的2％～4％(比如2.1％、2.5％、3％、3.5％、3.8％)。更优选地，所述制粒剂为石蜡与汽油的混合溶液，进一步优选地，所述石蜡和所述汽油的体积比为1:1-2。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述造粒处理依次包括：将所述混合粉末和所述制粒剂混合均匀并固化、第一次过筛并取筛下物烘干、以及烘干产物第二次过筛取筛下物。更优选地，所述第一次过筛是指过10目～40目筛，所述烘干的温度为80℃～100℃，所述第二次过筛是指过20目～50目筛；且第二次过筛时使用的筛的目数大于第一次过筛时使用的筛的目数。由于加入造粒剂后，混合粉末为粘稠糊状，先过较粗目数筛(10-40目)，较为容易，带烘干后，再过相对较细目数的筛子(20-50目)，从而获得均匀性良好的颗粒。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述近球形颗粒的粒度为0.2mm～1mm(比如0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm)。此粒度有较为合适的流动性和成形性，最为适合冷压成形。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述模压成型处理包括：装料、压机压制、脱模；更优选地，所述压制的压力为250MPa～550MPa(比如260MPa、300MPa、350MPa、400MPa、450MPa、500MPa、540MPa)，保压时间为10s～15s(11s、12s、13s、14s)。更优选地，所述压制是沿所述刀头的厚度方向进行的。进一步优选地，所述压机为四柱液压机；所述装料时使用的模具为钢模；所述装料采用匀速填料、刮平的方式填料。根据锯片种类的不同，冷压成型后坯料的致密度大致为理论密度的75-85％。压力过低，坯料致密度不够，会影响坯料的结实程度，在转序过程中容易损坏，也影响后期烧结致密度；压力过高，模具损害过大，增加生产成本。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述烧结处理的最高烧结温度为580℃～650℃(比如590℃、600℃、610℃、620℃、630℃、640℃、645℃)。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，对所述整体坯料进行烧结处理时，所述烧结处理为整体烧结，所述整体烧结的程序为：在20-40min(优选为30min)内加热至430-470℃(优选为450℃)，随后在20-40min(优选为30min)内从430-470℃(优选为450℃)升温至530-570℃(优选为550℃)，之后在20-40min(优选为30min)内从530-570℃(优选为550℃)升温至所述最高烧结温度，在所述最高烧结温度保温45min～60min(比如46min、50min、52min、55min、58min)，所述整体烧结是在N2保护下进行的；在所述最高烧结温度下保持所述整体烧结的压力为80KN～150KN(比如82KN、90KN、95KN、100KN、110KN、120KN、130KN、140KN、145KN)，所述整体烧结后的冷却为随炉冷却，所述冷却的时间为2h～3h(比如2.1h、2.3h、2.5h、2.7h、2.9h)；对所述刀头坯料进行烧结处理时，所述烧结处理为刀头烧结，所述刀头烧结的程序为：在80-120s(优选为100s)内加热至480-510℃(优选为500℃)，并在480-510℃(优选为500℃)下保温100-140s(优选为120s)，然后在130-170s内(优选为150s)由480-510℃(优选为500℃)升温至550℃～590℃(优选为570℃)，并在550℃～590℃(优选为570℃)下保温50-70s(优选为60s)，之后在40-60s(50s)内由550℃～590℃(优选为550℃)升温至最高烧结温度，并在所述最高烧结温度下保温80s～210s(比如85s、90s、120s、150s、180s、190s、200s、205s)，所述刀头烧结是在N2保护下进行的，在所述最高烧结温度下保持所述刀头烧结的压力为25KN～40KN(比如26KN、28KN、30KN、32KN、34KN、36KN、38KN)，所述刀头烧结后的冷却为随炉冷却，所述冷却的时间为0.5h～1h(0.6h、0.7h、0.8h、0.9h)。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明对传统的金刚石工具的胎体配方Fe、Cu、Ni、Sn、Co进行了调整，一方面添加了非晶粉末、含有稀土元素的预合金粉末、石墨，另一方面部分金属粉末使用了经特殊处理的超细粉末，粉末D50在1μm～10μm，此外，本发明的胎体粉末为铜基胎体粉，从而使烧结温度明显降低，降低了能源损耗，减少模具的损耗，降低生产成本；同时，减小高温烧结时对金刚石的损伤，可适当降低工具所使用金刚石的品级，降低工具的材料成本。而且由于烧结温度远低于基体的淬火温度，由此是基体硬度得以最大程度的保持，针对整体烧结式金刚石工具，基体硬度由原有低于HRC10，大幅提高至HRC30以上，由此大幅提高工具的切割锋利度，提高切割效率，并使切割质量更为稳定。
本发明提供的低温烧结胎体粉末，由于明显降低烧结温度，由原有的750℃～900℃，降低至580℃～650℃,大幅度降低烧结对金刚石颗粒的损伤，以及能源损耗，使金刚石工具的生产更加绿色环保，同时也降低烧结过程中模具的损耗，大幅降低生产成本。
本发明胎体可满足大多数金刚石工具的需求，可用于玻璃、陶瓷、大理石、花岗岩等多种硬脆类材料的加工。尤其适合于金刚石锯片的生产。
附图说明
图1为本发明实施例3的连续边金刚石锯片的结构图；
图2为本发明实施例1、2、4、6、7、8中激光等距离切割成分齿结构的金刚石锯片的结构图，其中等距离激光切缝仅为示意图，可根据需要切割成各种图案；
图3为本发明实施例5的焊接型分齿结构金刚石锯片的结构图。
其中，1-基体，2-刀头(金刚石与胎体粉末混合、压制和烧结后得到的产物)。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于本发明而不用于限制本发明的范围。对外应理解，在阅读了本发明的内容之后，本领域技术人员对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
本实施例1中，整体烧结式锯片规格为：直径305mm，刀头高度10mm，刀头厚度2.2mm，基体厚度1.8mm，激光等距离切割成分齿结构。金刚石锯片中胎体粉末的成分为：Cu60wt％、Co 20wt％、Sn 17wt％、石墨2wt％和非晶粉末AP-01 1wt％,，其中Cu粉和非晶粉末AP-01为高能球磨处理(转速为400转/分钟，球磨时间20小时)的超细粒度粉末，Cu粉和非晶粉末AP-01中位径D50为2.5μm，使用的金刚石粒度180μm～270μm，添加量为占刀头质量的3％；基体为75Cr1制成淬火后使用。
本实施例中整体低温烧结金刚石锯片的制备步骤如下：
1)混料：将按上述质量百分比混合而成的金属胎体粉中加入质量分数为2％的甘油酒精溶液(甘油、酒精体积比例为1:4，其中2％为甘油酒精溶液的使用量占金属胎体粉的质量百分比)，放入三维混料机中混料2h，而后，加入按照上述添加比例将金刚石颗粒至三维混料机中，再次混料1h，得到混合粉末。
2)制粒：在混好的混合粉末中加入占混合粉末质量2％的液体制粒剂(所述制粒剂为石蜡与汽油的混合溶液，石蜡和所述汽油的体积比为1:1.5)，混合均匀并固化后，根据需要过10目筛，取筛下物放入烘箱中烘干，其中烘箱温度为100℃。然后再将烘干后的颗粒过20目筛，即可得到粒径为0.2mm～1mm的近球形颗粒。
3)冷压成形：采用四柱液压机加压、钢模装料的方式。钢模中放入基体，按预定质量200g称取近球形颗粒，采用匀速填料、刮平的方式填料。在刀头厚度方向进行压制，压制的压强为500MPa，保压时间为10s。
4)烧结：将步骤3)中制得冷压生坯，放置烧结炉中进行烧结，冷却取出，制得金刚石锯片半成品。烧结工艺为30min加热至450℃，随后30min从450℃升温至550℃，再经30min从550℃升温至最高烧结温度620℃，在620℃保温50min，在保温过程中，充入N2保护，在最高烧结温度下保压压力为100KN，烧结后的冷却过程为随炉冷却，冷却时间为3h。
5)后续处理：将步骤4)中制得的金刚石锯片半成品经开刃、抛光、喷漆、检验等工序处理后，包装得到成品。
所得金刚石锯片成品刀头硬度HRB75～80，基体硬度HRC30，用于切割极硬石材，切割锋利度好，使用寿命合适，具体切割性能详见表1。
表1
实施例2
本实施例2中，整体烧结式锯片规格为：直径254mm，刀头高度10mm，刀头厚度1.6mm，基体厚度1.4mm，激光等距离切割成分齿结构。金刚石圆锯片的胎体粉末成分为：Cu65wt％、Co15wt％、Sn13wt％、Ni 5wt％，非晶粉末AP-01 2wt％，其中Cu粉和非晶粉末AP-01为高能球磨处理(转速为400转/分钟，球磨时间20小时)的超细粒度粉末，Cu粉中位径D50为7.5μm，非晶粉末AP-01中位径D50为7.5μm，使用的金刚石粒度210μm～270μm，添加比例为占刀头质量的1.5％。基体为65Mn制成淬火后使用。
本实施例中整体低温烧结金刚石锯片的制备步骤如下：
1)混料：将上述质量百分比的金属胎体粉加入质量分数为2％的甘油酒精溶液(甘油、酒精比例为1:4，其中2％为甘油酒精溶液的使用量占金属胎体粉的质量百分比)，放入三维混料机中混料1.5h。而后，加入金刚石颗粒至三维混料机中，再次混料1h，得到混合粉末。
2)制粒：在混好的混合粉末中加入占混合粉末质量3％的液体制粒剂(所述制粒剂为石蜡与汽油的混合溶液，石蜡和所述汽油的体积比为1:1.5)，混合均匀并固化后，根据需要过10目筛，取筛下物放入烘箱中烘干，其中烘箱温度为100℃。然后再将烘干后的颗粒过20目筛，即可得到粒径为0.2mm～1mm的近球形颗粒。
3)冷压成形：采用四柱液压机加压、钢模装料的方式。钢模中放入基体，按预定质量145g称取粉类，采用匀速填料、刮平的方式填料。在刀头厚度方向进行压制，压制的压强为500MPa，保压时间为15s。
4)烧结：将步骤3)中制得冷压生坯，放置烧结炉中进行烧结，冷却取出，制得金刚石锯片半成品。烧结工艺为30min加热至450℃，随后30min从450℃升温至550℃，再经30min从550℃升温至最高烧结温度630℃，在630℃保温45min，在保温过程中，充入N2保护，在最高烧结温度下保压压力为80KN，烧结后的冷却过程为随炉冷却，冷却时间为2.5h。
5)后续处理：将步骤4)中制得的圆锯片半成品经开刃、抛光、喷漆、检验等工序处理后，包装得到成品。
所得金刚石锯片成品刀头硬度HRB85～90，基体硬度HRC30，用于切割通体地砖，切割锋利度好，使用寿命长。具体切割性能详见表2。
表2
实施例3
本实施例3中，整体烧结式锯片规格为：直径356mm，刀头高度7mm，刀头厚度2.8mm，基体厚度2.4mm，连续边结构。金刚石锯片的胎体粉末成分为：Cu 70wt％、Co 15wt％、Sn10wt％、含有稀土元素的预合金粉末(FOLLOW500)5wt％，其中Cu和含有稀土元素预合金粉末为高能球磨处理(转速为400转/分钟，球磨时间20小时)的超细粒度粉末，Cu粉中位径D50为1.5μm，含有稀土元素预合金粉末中位径D50为7.5μm，使用的金刚石粒度90μm～110μm，添加比例为占刀头质量的2％。基体为75Cr1制成淬火后使用。
本实施例中整体低温烧结金刚石锯片的制备步骤如下：
1)混料：将上述质量百分比的金属胎体粉加入质量分数为2％的甘油酒精溶液(甘油、酒精比例为1:4，其中2％为甘油酒精溶液的使用量占金属胎体粉的质量百分比)，放入三维混料机中混料2h。而后，加入金刚石颗粒至三维混料机中，再次混料1h，得到混合粉末。
2)制粒：在混好的混合粉末中加入占混合粉末质量4％的液体制粒剂(所述制粒剂为石蜡与汽油的混合溶液，石蜡和所述汽油的体积比为1:1.5)，混合均匀并固化后，根据需要过40目筛，取筛下物放入烘箱中烘干，其中烘箱温度为80℃。然后再将烘干后的颗粒过50目筛，即可得到粒径为0.1mm～0.3mm的近球形颗粒。
3)冷压成形：采用四柱液压机加压、钢模装料的方式。钢模中放入基体，按预定质量220g称取粉类，采用匀速填料、刮平的方式填料。在刀头厚度方向进行压制，压制的压强为450MPa，保压时间为10s。
4)烧结：将步骤3)中制得冷压生坯，放置烧结炉中进行烧结，冷却取出，制得金刚石锯片半成品。烧结工艺为30min加热至450℃，随后30min从450℃升温至550℃，再经30min从550℃升温至最高烧结温度580℃，在580℃保温60min，在保温过程中，充入N2保护，在最高烧结温度下保压压力为150KN，烧结后的冷却过程为随炉冷却，冷却时间为3h。
5)后续处理：将步骤4)中制得的金刚石锯片半成品经开刃、抛光、喷漆、检验等工序处理后，包装得到成品。
所得金刚石锯片成品刀头硬度HRB85～90，基体硬度HRC33，用于切割釉面砖，切割锋利度好，使用寿命非常长。具体切割性能详见表3。
表3
实施例4
本实施例4中，整体烧结式锯片规格为：直径400mm，刀头高度10mm，刀头厚度2.8mm，基体厚度2.4mm,激光等距离切割分齿结构。金刚石锯片的胎体粉末成分为：Cu55wt％、Co 25wt％、Sn 15wt％、Ni 2wt％和非晶粉末AP-013wt％，其中Cu粉和非晶粉末AP-01为高能球磨处理(转速为400转/分钟，球磨时间20小时)的超细粒度粉末，Cu粉中位径D50为1.5μm，非晶粉末AP-01粉中位径D50为4μm，使用的金刚石粒度120μm～170μm，添加比例为占刀头质量的2.5％。基体为75Cr1制成淬火后使用。
本实施例中整体低温烧结金刚石锯片的制备步骤如下：
1)混料：将上述质量百分比的金属胎体粉加入质量分数为2％的甘油酒精溶液(甘油、酒精比例为1:4，其中2％为甘油酒精溶液的使用量占金属胎体粉的质量百分比)，放入三维混料机中混料2h。而后，加入金刚石颗粒至三维混料机中，再次混料1h，得到混合粉末。
2)制粒：在混好的混合粉末中加入占混合粉末质量2％的液体制粒剂(所述制粒剂为石蜡与汽油的混合溶液，石蜡和所述汽油的体积比为1:1.5)，混合均匀并固化后，根据需要过20目筛，取筛下物放入烘箱中烘干，其中烘箱温度为80℃。然后再将烘干后的颗粒过30目筛，即可得到粒径为0.4～0.6mm的近球形颗粒。
3)冷压成形：采用四柱液压机加压、钢模装料的方式。钢模中放入基体，按预定质量400g称取粉类，采用匀速填料、刮平的方式填料。在刀头厚度方向进行压制，压制的压强为550MPa，保压时间为15s。
4)烧结：将步骤3)中制得冷压生坯，放置烧结炉中进行烧结，冷却取出，制得金刚石锯片半成品。烧结工艺为30min加热至450℃，随后30min从450℃升温至550℃，再经30min从550℃升温至最高烧结温度650℃，在650℃保温60min，在保温过程中，充入N2保护，在最高烧结温度下保压压力为150KN，烧结后的冷却过程为随炉冷却，冷却时间为3h。
5)后续处理：将步骤4)中制得的金刚石锯片半成品经开刃、抛光、喷漆、检验等工序处理后，包装得到成品。
所得金刚石锯片成品刀头硬度HRB90，基体硬度HRC30，用于切割人造大理石、石英石等石材，切割锋利度好，使用寿命长。具体切割性能详见表4。
表4
实施例5
本实施例5中，高频焊接式锯片规格为：直径354mm，刀头高度10mm，刀头厚度2.8mm，基体厚度2.0mm，分齿结构。金刚石锯片的胎体粉末成分为：Cu 60wt％、Co 20wt％、Sn 11wt％、Ni 8wt％，石墨颗粒1wt％，其中Cu为高能球磨处理(转速为400转/分钟，球磨时间20小时)的超细粒度粉末，Cu粉中位径D50为1.5μm，使用的金刚石粒度150μm～170μm，添加比例为占刀头质量的1.5％。基体为75Cr1制成后淬火后使用。
本实施例中高频焊接式金刚石锯片的制备步骤如下：
1)混料：将上述质量百分比的金属胎体粉加入质量分数为2％的甘油酒精溶液(甘油、酒精比例为1:4，其中2％为甘油酒精溶液的使用量占金属胎体粉的质量百分比)，放入三维混料机中混料2h。而后，加入金刚石颗粒至三维混料机中，再次混料1h，得到混合粉末。
2)制粒：在混好的混合粉末中加入占混合粉末质量2％的液体制粒剂(所述制粒剂为石蜡与汽油的混合溶液，石蜡和所述汽油的体积比为1:1.5)，混合均匀并固化后，根据需要过20目筛，取筛下物放入烘箱中烘干，其中烘箱温度为80℃。然后再将烘干后的颗粒过30目筛，即可得到粒径为0.4mm～0.6mm的近球形颗粒。
3)冷压成形：采用四柱液压机加压、钢模装料的方式。按预定质量每个刀头10g称取粉类，采用匀速填料、刮平的方式填料。在刀头厚度方向进行压制，压制的压强为550MPa，保压时间为15s。
4)烧结：将步骤3)中制得冷压生坯，放置烧结炉中进行烧结，冷却取出，制得圆锯片半成品。刀头烧结工艺为：100s加热至500℃并保温120s，然后150s升温至570℃并保温60s，然后50s升温至最终烧结温度650℃并保温120s，在保温过程中，充入N2保护，在最高烧结温度下保压压力为30KN，冷却过程为随炉冷却，冷却时间为0.5h。
5)后续处理：将步骤4)中制得的刀头去除毛刺，磨弧后高频焊接至基体上，经开刃、抛光、喷漆、检验等工序处理后，包装得到成品。
所得金刚石锯片成品刀头硬度HRB75，基体硬度HRC35，用于切割极硬的人造石材，切割锋利度好，使用满足客户需求。具体切割性能详见表5。
表5
实施例6
本实施例6中，整体烧结式锯片规格为：直径305mm，刀头高度10mm，刀头厚度2.2mm，基体厚度1.8mm，激光等距离切割成分齿结构。金刚石锯片中胎体粉末的成分为：Cu60wt％、Co 20wt％、Sn 17wt％，石墨1wt％、非晶粉末AP-01 1wt％和FQH10 1wt％，其中Cu粉、非晶粉末AP-01和FQH10为高能球磨处理(转速为400转/分钟，球磨时间20小时)的超细粒度粉末，中位径D50为2.5μm，使用的金刚石粒度180μm～270μm，添加量为占刀头质量的3％；基体为75Cr1制成淬火后使用。
本实施例中整体低温烧结金刚石锯片的制备步骤如下：
1)混料：将按上述质量百分比混合而成的金属胎体粉中加入质量分数为2％的甘油酒精溶液(甘油、酒精体积比例为1:4，其中2％为甘油酒精溶液的使用量占金属胎体粉的质量百分比)，放入三维混料机中混料2h，而后，加入按照上述添加比例将金刚石颗粒至三维混料机中，再次混料1h，得到混合粉末。
2)制粒：在混好的混合粉末中加入占混合粉末质量2％的液体制粒剂(所述制粒剂为石蜡与汽油的混合溶液，石蜡和所述汽油的体积比为1:1.5)，混合均匀并固化后，根据需要过10目筛，取筛下物放入烘箱中烘干，其中烘箱温度为100℃。然后再将烘干后的颗粒过20目筛，即可得到粒径为0.2mm～1mm的近球形颗粒。
3)冷压成形：采用四柱液压机加压、钢模装料的方式。钢模中放入基体，按预定质量200g称取近球形颗粒，采用匀速填料、刮平的方式填料。在刀头厚度方向进行压制，压制的压强为500MPa，保压时间为10s。
4)烧结：将步骤3)中制得冷压生坯，放置烧结炉中进行烧结，冷却取出，制得金刚石锯片半成品。烧结工艺为30min加热至450℃，随后30min从450℃升温至550℃，再经30min从550℃升温至最高烧结温度610℃，在610℃保温50min，在保温过程中，充入N2保护，在最高烧结温度下保压压力为100KN，烧结后的冷却过程为随炉冷却，冷却时间为3h。
5)后续处理：将步骤4)中制得的金刚石锯片半成品经开刃、抛光、喷漆、检验等工序处理后，包装得到成品。
所得金刚石锯片成品刀头硬度HRB77～83，基体硬度HRC32，用于切割极硬石材，切割锋利度好，使用寿命合适。具体切割性能详见表6。
表6
实施例7
本实施例7中，整体烧结式锯片规格为：直径305mm，刀头高度10mm，刀头厚度2.2mm，基体厚度1.8mm，激光等距离切割成分齿结构。金刚石锯片中胎体粉末的成分为：Cu60wt％、Co 20wt％、Sn 17wt％，石墨1wt％、非晶粉末AP-01 1wt％和预合金粉FOLLOW5001wt％，其中Cu粉、非晶粉末AP-01和预合金粉FOLLOW500为高能球磨处理(转速为400转/分钟，球磨时间20小时)的超细粒度粉末，Cu粉中位径D50为2.5μm，非晶粉末AP-01和预合金粉FOLLOW500中位径D50为5.5μm，使用的金刚石粒度180μm～270μm，添加量为占刀头质量的3％；基体为75Cr1制成淬火后使用。
本实施例中整体低温烧结金刚石锯片的制备步骤如下：
1)混料：将按上述质量百分比混合而成的金属胎体粉中加入质量分数为2％的甘油酒精溶液(甘油、酒精体积比例为1:4，其中2％为甘油酒精溶液的使用量占金属胎体粉的质量百分比)，放入三维混料机中混料2h，而后，加入按照上述添加比例将金刚石颗粒至三维混料机中，再次混料1h，得到混合粉末。
2)制粒：在混好的混合粉末中加入占混合粉末质量2％的液体制粒剂(所述制粒剂为石蜡与汽油的混合溶液，石蜡和所述汽油的体积比为1:1.5)，混合均匀并固化后，根据需要过10目筛，取筛下物放入烘箱中烘干，其中烘箱温度为100℃。然后再将烘干后的颗粒过20目筛，即可得到粒径为0.2mm～1mm的近球形颗粒。
3)冷压成形：采用四柱液压机加压、钢模装料的方式。钢模中放入基体，按预定质量200g称取近球形颗粒，采用匀速填料、刮平的方式填料。在刀头厚度方向进行压制，压制的压强为500MPa，保压时间为10s。
4)烧结：将步骤3)中制得冷压生坯，放置烧结炉中进行烧结，冷却取出，制得金刚石锯片半成品。烧结工艺为30min加热至450℃，随后30min从450℃升温至550℃，再经30min从550℃升温至最高烧结温度600℃，在600℃保温50min，在保温过程中，充入N2保护，烧结过程中保压压力为100KN，烧结后的冷却过程为随炉冷却，冷却时间为3h。
5)后续处理：将步骤4)中制得的金刚石锯片半成品经开刃、抛光、喷漆、检验等工序处理后，包装得到成品。
所得金刚石锯片成品刀头硬度HRB78～82，基体硬度HRC34，用于切割极硬石材，切割锋利度好，使用寿命合适。具体切割性能详见表7。
表7
实施例8
本实施例8中，整体烧结式锯片规格为：直径305mm，刀头高度10mm，刀头厚度2.2mm，基体厚度1.8mm，激光等距离切割成分齿结构。金刚石锯片中胎体粉末的成分为：Cu67wt％、Co 20wt％、Sn 10wt％，非晶粉末AP-01 1wt％和预合金粉FOLLOW500 2wt％，其中Cu粉、非晶粉末AP-01和预合金粉FOLLOW500为高能球磨处理(转速为400转/分钟，球磨时间20小时)的超细粒度粉末，Cu粉中位径D50为2.5μm，非晶粉末AP-01和预合金粉FOLLOW500中位径D50为5.5μm。使用的金刚石粒度180μm～270μm，添加量为占刀头质量的3％；基体为75Cr1制成淬火后使用。
本实施例中整体低温烧结金刚石锯片的制备步骤如下：
1)混料：将按上述质量百分比混合而成的金属胎体粉中加入质量分数为2％的甘油酒精溶液(甘油、酒精体积比例为1:4，其中2％为甘油酒精溶液的使用量占金属胎体粉的质量百分比)，放入三维混料机中混料2h，而后，加入按照上述添加比例将金刚石颗粒至三维混料机中，再次混料1h，得到混合粉末。
2)制粒：在混好的混合粉末中加入占混合粉末质量2％的液体制粒剂(所述制粒剂为石蜡与汽油的混合溶液，石蜡和所述汽油的体积比为1:1.5。)，混合均匀并固化后，根据需要过10目筛，取筛下物放入烘箱中烘干，其中烘箱温度为100℃。然后再将烘干后的颗粒过20目筛，即可得到粒径为0.2mm～1mm的近球形颗粒。
3)冷压成形：采用四柱液压机加压、钢模装料的方式。钢模中放入基体，按预定质量220g称取近球形颗粒，采用匀速填料、刮平的方式填料。在刀头厚度方向进行压制，压制的压强为500MPa，保压时间为10s。
4)烧结：将步骤3)中制得冷压生坯，放置烧结炉中进行烧结，冷却取出，制得金刚石锯片半成品。胎体金刚石工具烧结工艺为30min加热至450℃，随后30min从450℃升温至550℃，再经30min从550℃升温至最高烧结温度650℃，在650℃保温50min，在保温过程中，充入N2保护，烧结过程中保压压力为100KN，烧结后的冷却过程为随炉冷却，冷却时间为3h。
5)后续处理：将步骤4)中制得的金刚石锯片半成品经开刃、抛光、喷漆、检验等工序处理后，包装得到成品。
所得金刚石锯片成品胎体刀头硬度HRB80～85，基体硬度HRC30，可用于切割通体地砖，切割锋利度好，使用寿命合适。具体切割性能详见表8。
表8
对比例1
除胎体粉末组分以及烧结工艺不同于实施例8以外，其他工艺以及整体烧结式锯片形状和规格与实施例8相同。本对比例的胎体粉末组分为：Cu 70wt％、Co 20wt％、Sn10wt％，Cu粉为常规粒度，其未经过高能球磨处理，D50为38μm；
烧结工艺如下：将步骤3)中制得冷压生坯，放置烧结炉中进行烧结，冷却取出，制得金刚石锯片半成品，烧结工艺为：30min加热至450℃，随后30min从450℃升温至650℃，再经30min从650℃升温至最高烧结温度780℃，在780℃保温50min，在保温过程中，充入N2保护，烧结过程中保压压力为100KN，烧结后的冷却过程为随炉冷却，冷却时间为3h。
所得金刚石锯片成品的胎体刀头硬度HRB80～85，基体硬度HRC18，可用于切割通体地砖，具体切割性能详见表9。
表9
采用该对比例的方法，如果最高烧结温度仅保持在650℃，无论烧结时间多长烧结后锯片的硬度都很低，刀头部分无法满足要求，锯片无法使用。
实施例9
除胎体粉末组分以及烧结工艺不同于实施例8以外，其他工艺以及整体烧结式锯片形状和规格与实施例8相同。本实施例的胎体粉末组分为：Cu 78wt％、Co 7wt％、Sn5wt％，非晶粉末AP-01 5wt％、预合金粉FOLLOW500 5wt％；
烧结工艺如下：将步骤3)中制得冷压生坯，放置烧结炉中进行烧结，冷却取出，制得金刚石锯片半成品。胎体金刚石工具烧结工艺为30min加热至450℃，随后30min从450℃升温至550℃，再经30min从550℃升温至最高烧结温度650℃，在650℃保温50min，在保温过程中，充入N2保护，在最高烧结温度下保压压力为100KN，烧结后的冷却过程为随炉冷却，冷却时间为3h。
所得金刚石锯片成品的胎体刀头硬度HRB75-80，基体硬度HRC30，可用于切割通体地砖，具体切割性能详见表10。
表10
实施例10
除胎体粉末组分以及烧结工艺不同于实施例8以外，其他工艺以及整体烧结式锯片形状和规格与实施例8相同。本实施例的胎体粉末组分为：Cu 65.5wt％、Co 25wt％、Sn8wt％，非晶粉末AP-01 0.5wt％、预合金粉FOLLOW500 1wt％；
烧结工艺如下：将步骤3)中制得冷压生坯，放置烧结炉中进行烧结，冷却取出，制得金刚石锯片半成品。胎体金刚石工具烧结工艺为30min加热至450℃，随后30min从450℃升温至550℃，再经30min从550℃升温至最高烧结温度640℃，在640℃保温50min，在保温过程中，充入N2保护，烧结过程中保压压力为100KN，烧结后的冷却过程为随炉冷却，冷却时间为3h。
所得金刚石锯片成品的胎体刀头硬度HRB80-85，基体硬度HRC32，可用于切割通体地砖，具体切割性能详见表11。
表11
对比例2
除胎体粉末组分中Cu、非晶粉末AP-01、预合金粉FOLLOW500是未经高能球磨处理的粉末以外，其他与实施例8相同。此种情况下，要保证最终产品合格烧结温度会有所提高，最终烧结温度必须保持为730℃，本对比例的最终烧结温度为730℃。
所得金刚石锯片成品的胎体刀头硬度HRB75-80，基体硬度HRC15，可用于切割通体地砖，具体切割性能详见表12。
表12
Claims (10)
1.一种低温烧结胎体粉末，其特征在于，按质量百分比由如下组分组成：Sn 5％～17％，Co 5％～25％，Me 1％～10％，其余为Cu与不可避免的杂质，其中，Me选自非晶粉末、含有稀土元素的预合金粉末、Ni、石墨中的至少一种；
所述非晶粉末为非晶粉末AP-01或/和非晶粉末FQH10，
按质量百分比，所述非晶粉末AP-01由如下组分组成：P5％～10％，C5％～10％，Mo2％～4％，B2％～4％，Si2％～5％，Fe余量；
按质量百分比，所述非晶粉末FQH10由如下组分组成：W8％～10％，Ni3％，Cr4％～6％，Mo2％～3％，B2％～4％，Si5％，Fe余量；
所述含有稀土元素的预合金粉末为FOLLOW500，
按质量百分比，所述FOLLOW500由如下组分组成：Fe15％-20％，Cr10-15％，Cu2％-4％，Mo3％，B2％-4％，Si3％-5％，Ni余量。
2.根据权利要求1所述的低温烧结胎体粉末，其特征在于，在所述胎体粉末中，所述Cu的质量百分比为55％～70％，所述Sn的质量百分比为10％～17％；所述Co的质量百分比为15％～20％；所述Me的质量百分比为3％～8％。
3.根据权利要求1或2所述的低温烧结胎体粉末，其特征在于，所述胎体粉末中各种组分的颗粒中位径D50为1μm～40μm；
优选地，所述Cu的激光粒度D50为1μm～10μm；且所述非晶粉末和所述预合金粉末的激光粒度D50为1μm～10μm；
更优选地，所述Cu是经过球磨处理且激光粒度D50为1μm～10μm的粉末；且所述非晶粉末和所述预合金粉末是经过球磨处理且激光粒度D50为1μm～10μm的粉末；进一步优选地，所述Cu、所述非晶粉末和所述预合金粉末的球磨处理为高能球磨处理；所述高能球磨处理的转速优选为300-500转/分钟，球磨时间优选为15-30小时。
4.一种采用权利要求1-3任一项所述胎体粉末的金刚石工具，其特征在于，包括基体和刀头，其中刀头包括：权利要求1-3任一项所述胎体粉末和金刚石，所述金刚石占所述刀头的质量百分比为0.5％～4％；
优选地，所述金刚石的颗粒中位径D50为50μm～400μm；
更优选地，所述基体为65Mn以上牌号的钢材制成；进一步优选地，所述基体是经过淬火处理的；进一步优选地，所述65Mn以上牌号的钢材包括75Cr1、SKS51以及25CrMo。
5.一种权利要求4所述的金刚石工具的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
混料步骤，按上述配比将上述胎体粉末与金刚石进行混料处理，得到混合粉末；
制粒步骤，向所述混合粉末中加入制粒剂进行造粒处理，得到近球形颗粒；
冷压成型步骤，将所述近球形颗粒进行模压成型处理，得到刀头坯料；或者将所述近球形颗粒和基体一起进行模压成型处理，得到整体坯料；
烧结步骤，将所述刀头坯料或所述整体坯料进行烧结处理，冷却后得到金刚石工具半成品；
优选地，所述制备方法还包括后处理步骤，将所述金刚石工具半成品进行后处理，得到金刚石工具成品；优选地，当所述烧结处理的对象是所述整体坯料时，所述后处理包括：开刃、抛光、喷漆以及检验；当所述烧结处理的对象是所述刀头坯料时，所述后处理包括刀头与基体的激光或高频焊接、开刃、抛光、喷漆以及检验。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述混料处理包括：首先，向所述胎体粉末中加入甘油酒精溶液，混料1h～2h；然后再按照权利要求4所述的胎体粉末与金刚石的比例加入金刚石颗粒，继续混料0.5-1.5h；优选地，加入所述甘油酒精溶液的质量为胎体粉末质量的1-3％；进一步优选为2％；所述甘油酒精溶液中，甘油与酒精的体积比优选为1:4。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，
在所述制粒步骤中，所述制粒剂的用量为所述混合粉末质量的2％～4％；优选地，所述制粒剂为石蜡与汽油的混合溶液，进一步优选地，所述石蜡和所述汽油的体积比为1:1-2；
所述造粒处理依次包括：将所述混合粉末和所述制粒剂混合均匀并固化、第一次过筛并取筛下物烘干、以及烘干产物第二次过筛取筛下物；优选地，所述第一次过筛是指过10目～40目筛，所述烘干的温度为80℃～100℃，所述第二次过筛是指过20目～50目筛；且第二次过筛时使用的筛的目数大于第一次过筛时使用的筛的目数；
所述近球形颗粒的粒度为0.2mm～1mm。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述模压成型处理包括：装料、压机压制、脱模；
优选地，所述压制的压力为250MPa～550MPa，保压时间为10s～15s；更优选地，所述压制是沿所述刀头的厚度方向进行的；进一步优选地，所述压机为四柱液压机；
所述装料时使用的模具为钢模；所述装料采用匀速填料、刮平的方式填料。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述烧结处理的最高烧结温度为580℃～650℃。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，对所述整体坯料进行烧结处理时，所述烧结处理为整体烧结，所述整体烧结的程序为：在20-40min内加热至430-470℃，随后在20-40min内从430-470℃升温至530-570℃，之后在20-40min内从530-570℃升温至所述最高烧结温度，在所述最高烧结温度保温45min～60min，所述整体烧结是在N2保护下进行的；在所述最高烧结温度下保持所述整体烧结的压力为80KN～150KN，所述整体烧结后的冷却为随炉冷却，所述冷却的时间为2h～3h；
对所述刀头坯料进行烧结处理时，所述烧结处理为刀头烧结，所述刀头烧结的程序为：在80-120s内加热至480-510℃，并在480-510℃下保温100-140s，然后在130-170s内由480-510℃升温至550℃～590℃，并在550℃～590℃下保温50-70s，之后在40-60s内由550℃～590℃升温至最高烧结温度，并在所述最高烧结温度下保温80s～210s，所述刀头烧结是在N2保护下进行的，在所述最高烧结温度下保持所述刀头烧结的压力为25KN～40KN，所述刀头烧结后的冷却为随炉冷却，所述冷却的时间为0.5h～1h。
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