CN109628815A - 一种金刚石锯片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种金刚石锯片，该锯片包括基体及设置在基体上用于锯切的若干个刀头，所述基体为圆形板，若干个所述刀头均匀的设置在所述基体的外圆周面上，其特征在于：制备该刀头的原料是由以下质量份数的各组分组成：FeCu30 50~60份、Cu 10~25份、Sn 5~10份、Ni 0~15份、金刚石30~50份、活性粉0~15份；所述活性粉由以下质量份数的各组分组成：铬锆青铜48~52份、锰白铜24~27份、铜锰合金13~17份、Cu 9~13份，本发明的活性粉作为添加剂代替铁基金刚石锯片胎体中Ni元素，降低贵重、有害金属Ni用量，降低成本和减少环境潜在污染的同时，不降低锯片的使用性能。

Description

一种金刚石锯片
技术领域
本发明涉及金刚石锯片制造的技术领域，具体涉及一种金刚石锯片。
背景技术
金刚石工具具有适用范围广、硬度高、耐磨性强等诸多优点，在建筑建材、光学加工、地质钻探、石油化工、电子电器、陶瓷改性等行业有着广泛应用。工业用人造金刚石多为微粉状或细小颗粒状，需将其与基体材料制成工具才能有效发挥作用，金刚石工具胎体材料的性能是金刚石能否发挥优异性能的关键。
金属基金刚石工具胎体按其合金主要成分可分为Co基、Cu基、Fe基、Ni基等。Co粉具有良好的成型性、较强的抗氧化性、优异的烧结性能、低温对金刚石有良好的粘结性，因此，Co基被认为是综合性能最好的胎体材料，但Co价格昂贵限制了其大量使用。Fe和Co是同族元素，具有相似的晶体结构和物理化学性质，Fe粉的成型性及压制性好、烧结活性高，但纯铁的耐磨性较低，Fe基胎体中常需加入添加剂。Cu加入Fe基胎体中可提高胎体的致密度，降低胎体的烧结温度，减轻Fe对金刚石的侵蚀作用，因此，Cu在Fe基金刚石烧结胎体中的应用较广。
目前金刚石工具胎体粉末依然存在问题。首先，需要开发大幅度降低或者代替稀贵金属、不用有害元素的合金配方。近些年来，尽管我国在降低或者替代稀贵元素含量方面取得了很大进步，但代替工作进行的不彻底；很多胎体或多或少的仍在使用Co、Ni等元素，尤其在一些工具（如高档框锯条）还在使用Co基胎体。Ni、Co对人体有害，虽然还存在争议，但欧洲市场已经开始弃用Ni。因而，传统胎体粉用Co、Ni等稀贵金属的替代工作依然需要进行。
发明内容
本发明的目的是解决现有制备方法的不足，提供一种金刚石锯片，本发明的活性粉作为添加剂代替铁基金刚石锯片胎体中Ni元素，降低贵重、有害金属Ni用量，降低成本和减少环境潜在污染的同时，不降低锯片的使用性能。
本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：一种金刚石锯片，该锯片包括基体及设置在基体上用于锯切的若干个刀头，所述基体为圆形板，若干个所述刀头均匀的设置在所述基体的外圆周面上，其特征在于：制备该刀头的原料是由以下质量份数的各组分组成：FeCu30 50~60份、Cu 10~25份、Sn 5~10份、Ni 0~15份、金刚石 30~50份、活性粉 0~15份；所述活性粉由以下质量份数的各组分组成：铬锆青铜48~52份、锰白铜24~27份、铜锰合金 13~17份、Cu 9~13份。
进一步的，制备刀头的原料是由以下质量份数的各组分组成：FeCu30 50~60份、Cu10~25份、Sn 5~10份、金刚石 30~50份、活性粉10~30份。
进一步的，所述FeCu30、Cu、Sn、Ni、活性粉的粒径均为150～200目。
进一步的，铬锆青铜由以下质量份数的各组分组成：Cu 95~99份、Cr 0.5~1份、Zr0.1~1份、Mg 0.001~0.01份。
进一步的，所述锰白铜为BMn40-1.5锰白铜。
进一步的，所述铜锰合金为CuMn30。
一种金刚石锯片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、按质量份数计算，称取铬锆青铜48~52份、锰白铜24~27份、铜锰合金 13~17份、Cu 9~13份放入混料机中混合均匀，得活性粉，备用；
B、按质量份数计算，称取FeCu30 50~60份、Cu 10~25份、Sn 5~10份、Ni 0~15份放入混料机中混合均匀，得胎体粉，备用；
C、按胎体粉：金刚石体积比为7:4~7:2量取金刚石和步骤B中得到的胎体粉，放入混料机中混合均匀得刀头粉，备用；
D、将步骤C中得到的刀头粉装入模具中，然后放入马弗炉中进行热压烧结，得刀头；
E、将步骤D中制得的刀头安装在基体上，得锯片。
进一步的，步骤D中的烧结温度为810~830℃，烧结压力为35~45 MPa，烧结时间为200~220s。
本发明的有益效果主要表现如下：
1) 本发明刀头的原料组成中降低Ni元素含量，多种组分金属元素相互协同作用，提高胎体对金刚石的润湿性，烧结制备锯片时，元素Cr、Zr等可与C发生化学反应，使得胎体和金刚石颗粒之间的连接由机械连接变为冶金结合，提高胎体对金刚石的把持力。Mn元素可提高Cu-Ni-Mn合金的强度、耐蚀性与弹性，还能消除Cu-Ni合金中过量碳的不良影响，改善其工艺性能；
2)活性粉采用常用合金粉作为原材料，制备铜基混合粉添加剂，原材料获取途径便捷、制备方法简单，成本低。本发明的活性粉作为添加剂代替铁基金刚石锯片胎体中Ni元素，降低贵重、有害金属Ni用量，降低成本和减少环境潜在污染的同时，不降低锯片的使用性能。
具体实施方式
结合实施例对本发明加以详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种金刚石锯片，该锯片包括基体及设置在基体上用于锯切的若干个刀头，所述基体为圆形板，若干个所述刀头均匀的设置在所述基体的外圆周面上，其特征在于：制备该刀头的原料是由以下质量份数的各组分组成：FeCu30 50~60份、Cu 10~25份、Sn 5~10份、Ni 0~15份、金刚石 30~50份、活性粉 0~15份；其中，金刚石和活性粉的质量份数不能同时为0 ；所述活性粉由以下质量份数的各组分组成：铬锆青铜48~52份、锰白铜24~27份、铜锰合金13~17份、Cu 9~13份。
进一步的，制备刀头的原料是由以下质量份数的各组分组成：FeCu30 50~60份、Cu10~25份、Sn 5~10份、金刚石 30~50份、活性粉10~30份。
进一步的，所述FeCu30、Cu、Sn、Ni、活性粉的粒径均为150～200目。
进一步的，铬锆青铜由以下质量份数的各组分组成：Cu 95~99份、Cr 0.5~1份、Zr0.1~1份、Mg 0.001~0.01份。
进一步的，所述锰白铜为BMn40-1.5锰白铜。
进一步的，所述铜锰合金为CuMn30。
一种金刚石锯片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、按质量份数计算，称取铬锆青铜50份、锰白铜25份、铜锰合金 15份、Cu10份放入混料机中混合均匀，得活性粉，备用；
B、按质量百分数称取FeCu30、Cu、Sn、Ni、活性粉，使其成分比例为Fe 52.4 wt%，Cu28.64 wt% ，Sn 8.96 wt%， Ni和活性粉两者质量之和为 10 wt% ，将上述混合粉共同加入在混料机中混合均匀，得胎体粉，备用；
C、按胎体粉：金刚石体积比为7:3量取金刚石和步骤B中得到的胎体粉，放入混料机中混合均匀得刀头粉，备用；
D、将步骤C中得到的刀头粉装入石墨模具中，然后放入马弗炉中进行热压烧结，烧结温度为820℃，烧结压力为40 MPa，烧结时间为210s，得尺寸为3.5mm×8mm×40mm的刀头；重复以上步骤制得多个刀头；
E、将步骤D中制得的刀头安装在基体上，制备Ф105mm的锯片。
在以下实施例2至实施例7中除步骤B中有所不同外，其余步骤均同于实施例1。
实施例2
A、按质量份数计算，称取铬锆青铜50份、锰白铜25份、铜锰合金 15份、Cu10份放入混料机中混合均匀，得活性粉，备用；
B、按质量百分数称取FeCu30、Cu、Sn、Ni，使其成分比例为Fe 52.4 wt%，Cu 28.64 wt%，Sn 8.96 wt%，Ni 10 wt% ，将上述混合粉共同加入在混料机中混合均匀，得胎体粉，备用；
C、按胎体粉：金刚石体积比为7:3量取金刚石和步骤B中得到的胎体粉，放入混料机中混合均匀得刀头粉，备用；
D、将步骤C中得到的刀头粉装入石墨模具中，然后放入马弗炉中进行热压烧结，烧结温度为820℃，烧结压力为40 MPa，烧结时间为210s，得尺寸为3.5mm×8mm×40mm的刀头；
E、将步骤D中制得的刀头安装在基体上，制备Ф105mm的锯片，记为锯片0#。
实施例3
A、按质量份数计算，称取铬锆青铜50份、锰白铜25份、铜锰合金 15份、Cu10份放入混料机中混合均匀，得活性粉，备用；
B、按质量百分数称取FeCu30、Cu、Sn、Ni、活性粉，使其成分比例为Fe 52.4 wt%，Cu28.64 wt% ，Sn 8.96 wt%，Ni和活性粉两者质量之和为 10 wt% ，其中Ni和活性粉的质量比例如下：将步骤A制备的活性粉分别按20%的比例替代胎体粉中的Ni 粉，将上述混合粉共同加入在混料机中混合均匀，得胎体粉，备用；
C、按胎体粉：金刚石体积比为7:3量取金刚石和步骤B中得到的胎体粉，放入混料机中混合均匀得刀头粉，备用；
D、将步骤C中得到的刀头粉装入石墨模具中，然后放入马弗炉中进行热压烧结，烧结温度为820℃，烧结压力为40 MPa，烧结时间为210s，得尺寸为3.5mm×8mm×40mm的刀头；
E、将步骤D中制得的刀头安装在基体上，制备Ф105mm的锯片，记为锯片1#。
实施例4
A、按质量份数计算，称取铬锆青铜50份、锰白铜25份、铜锰合金 15份、Cu10份放入混料机中混合均匀，得活性粉，备用；
B、按质量百分数称取FeCu30、Cu、Sn、Ni、活性粉，使其成分比例为Fe 52.4 wt%，Cu28.64 wt% ，Sn 8.96 wt%，Ni和活性粉两者质量之和为 10 wt% ，其中Ni和活性粉的质量比例如下：将步骤A制备的活性粉分别按40%的比例替代胎体粉中的Ni 粉，将上述混合粉共同加入在混料机中混合均匀，得胎体粉，备用；
C、按胎体粉：金刚石体积比为7:3量取金刚石和步骤B中得到的胎体粉，放入混料机中混合均匀得刀头粉，备用；
D、将步骤C中得到的刀头粉装入石墨模具中，然后放入马弗炉中进行热压烧结，烧结温度为820℃，烧结压力为40 MPa，烧结时间为210s，得尺寸为3.5mm×8mm×40mm的刀头；
E、将步骤D中制得的刀头安装在基体上，制备Ф105mm的锯片，记为锯片2#。
实施例5
A、按质量份数计算，称取铬锆青铜50份、锰白铜25份、铜锰合金 15份、Cu10份放入混料机中混合均匀，得活性粉，备用；
B、按质量百分数称取FeCu30、Cu、Sn、Ni、活性粉，使其成分比例为Fe 52.4 wt%，Cu28.64 wt% ，Sn 8.96 wt%，Ni和活性粉两者质量之和为 10 wt% ，其中Ni和活性粉的质量比例如下：将步骤A制备的活性粉分别按60%的比例替代胎体粉中的Ni 粉，将上述混合粉共同加入在混料机中混合均匀，得胎体粉，备用；
C、按胎体粉：金刚石体积比为7:3量取金刚石和步骤B中得到的胎体粉，放入混料机中混合均匀得刀头粉，备用；
D、将步骤C中得到的刀头粉装入石墨模具中，然后放入马弗炉中进行热压烧结，烧结温度为820℃，烧结压力为40 MPa，烧结时间为210s，得尺寸为3.5mm×8mm×40mm的刀头；
E、将步骤D中制得的刀头安装在基体上，制备Ф105mm的锯片，记为锯片3#。
实施例6
A、按质量份数计算，称取铬锆青铜50份、锰白铜25份、铜锰合金 15份、Cu10份放入混料机中混合均匀，得活性粉，备用；
B、按质量百分数称取FeCu30、Cu、Sn、Ni、活性粉，使其成分比例为Fe 52.4 wt%，Cu28.64 wt% ，Sn 8.96 wt%，Ni和活性粉两者质量之和为 10 wt% ，其中Ni和活性粉的质量比例如下：将步骤A制备的活性粉分别按80%的比例替代胎体粉中的Ni 粉，将上述混合粉共同加入在混料机中混合均匀，得胎体粉，备用；
C、按胎体粉：金刚石体积比为7:3量取金刚石和步骤B中得到的胎体粉，放入混料机中混合均匀得刀头粉，备用；
D、将步骤C中得到的刀头粉装入石墨模具中，然后放入马弗炉中进行热压烧结，烧结温度为820℃，烧结压力为40 MPa，烧结时间为210s，得尺寸为3.5mm×8mm×40mm的刀头；
E、将步骤D中制得的刀头安装在基体上，制备Ф105mm的锯片，记为锯片4#。
实施例7
A、按质量份数计算，称取铬锆青铜50份、锰白铜25份、铜锰合金 15份、Cu10份放入混料机中混合均匀，得活性粉，备用；
B、按质量百分数称取FeCu30、Cu、Sn、Ni、活性粉，使其成分比例为Fe 52.4 wt%，Cu28.64 wt% ，Sn 8.96 wt%，Ni和活性粉两者质量之和为 10 wt% ，其中Ni和活性粉的质量比例如下：将步骤A制备的活性粉分别按100%的比例替代胎体粉中的Ni 粉，将上述混合粉共同加入在混料机中混合均匀，得胎体粉，备用；
C、按胎体粉：金刚石体积比为7:3量取金刚石和步骤B中得到的胎体粉，放入混料机中混合均匀得刀头粉，备用；
D、将步骤C中得到的刀头粉装入石墨模具中，然后放入马弗炉中进行热压烧结，烧结温度为820℃，烧结压力为40 MPa，烧结时间为210s，得尺寸为3.5mm×8mm×40mm的刀头；
E、将步骤D中制得的刀头安装在基体上，制备Ф105mm的锯片，记为锯片5#。
对实施例2~实施例7中的锯片0#、1#、2#、3#、4#、5#的刀头分别进行洛氏硬度、三点抗弯强度等性能测试；并将锯片0#、1#、2#、3#、4#、5#安装在切割试验机上进行干/湿切割试验，切割陶瓷片，测试锯片的锋利度和使用寿命。
不同锯片的力学性能和使用性能如表1所示。
表1 不同锯片的相关性能数据
根据表1所示，随着活性粉代替Ni粉比例的增加，锯片的硬度逐渐上升；抗弯强度先提高后降低；从切削速率和使用寿命上看，活性粉代替Ni粉后，锯片的使用性能未下降。
本发明刀头的原料组成中降低Ni元素含量，多种组分金属元素相互协同作用，提高胎体对金刚石的润湿性，烧结制备锯片时，元素Cr、Zr等可与C发生化学反应，使得胎体和金刚石颗粒之间的连接由机械连接变为冶金结合，提高胎体对金刚石的把持力。Mn元素可提高Cu-Ni-Mn合金的强度、耐蚀性与弹性，还能消除Cu-Ni合金中过量碳的不良影响，改善其工艺性能；
活性粉采用常用合金粉作为原材料，制备铜基混合粉添加剂，原材料获取途径便捷、制备方法简单，成本低。本发明的活性粉作为添加剂代替铁基金刚石锯片胎体中Ni元素，降低贵重、有害金属Ni用量，降低成本和减少环境潜在污染的同时，不降低锯片的使用性能。
还需要说明的是，在本文中，诸如Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

Claims (8)

1.一种金刚石锯片，该锯片包括基体及设置在基体上用于锯切的若干个刀头，所述基体为圆形板，若干个所述刀头均匀的设置在所述基体的外圆周面上，其特征在于：制备该刀头的原料是由以下质量份数的各组分组成：FeCu30 50~60份、Cu 10~25份、Sn 5~10份、Ni 0~15份、金刚石 30~50份、活性粉 0~15份；所述活性粉由以下质量份数的各组分组成：铬锆青铜48~52份、锰白铜24~27份、铜锰合金 15~17份、Cu 9~13份。
2.根据权利要求1所述的一种金刚石锯片，其特征在于：制备该刀头的原料是由以下质量份数的各组分组成：FeCu30 50~60份、Cu 10~25份、Sn 5~10份、金刚石 30~50份、活性粉10~30份。
3.根据权利要求1所述的一种金刚石锯片，其特征在于：所述FeCu30、Cu、Sn、Ni、活性粉的粒径均为150～200目。
4.根据权利要求1所述的一种金刚石锯片，其特征在于：铬锆青铜由以下质量份数的各组分组成：Cu 95~99份、Cr 0.5~1份、Zr 0.1~1份、Mg 0.001~0.01份。
5.根据权利要求1所述的一种金刚石锯片，其特征在于：所述锰白铜为BMn40-1.5锰白铜。
6.根据权利要求1所述的一种金刚石锯片，其特征在于：所述铜锰合金为CuMn30。
7.根据权利要求1~6任意一项所述的一种金刚石锯片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、按质量份数计算，称取铬锆青铜48~52份、锰白铜24~27份、铜锰合金 15~17份、Cu 9~13份放入混料机中混合均匀，得活性粉，备用；
B、按质量份数计算，称取FeCu30 50~60份、Cu 10~25份、Sn 5~10份、Ni 0~15份放入混料机中混合均匀，得胎体粉，备用；
C、按胎体粉：金刚石体积比为7:4~7:2量取金刚石和步骤B中得到的胎体粉，放入混料机中混合均匀得刀头粉，备用；
D、将步骤C中得到的刀头粉装入模具中，然后放入马弗炉中进行热压烧结，得刀头；
E、将步骤D中制得的刀头安装在基体上，得锯片。
8.根据权利要求7所述的一种金刚石锯片的制备方法，其特征在于：步骤D中的烧结温度为810~830℃，烧结压力为35~45 MPa，烧结时间为200~220s。
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