CN110976878A - 一种基于金属粉末挤出成型的金刚石绳锯串珠制备方法 - Google Patents

一种基于金属粉末挤出成型的金刚石绳锯串珠制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及金刚石绳锯串珠领域，尤其涉及一种基于金属粉末挤出成型的金刚石绳锯串珠制备方法。一种基于金属粉末挤出成型的金刚石绳锯串珠制备方法，包括以下步骤：步骤A，将金属预合金粉末与金刚石颗粒进行干混，所述胎体合金粉料和高粘度水基粘结剂进行加热捏合；步骤B，将所述胎体合金挤出喂料挤出成型为胎体合金圆管；步骤C，将所述胎体合金圆管切割成圆环毛坯；步骤D，对所述金刚石串珠圆环毛坯进行浸汲泡水溶剂脱脂和干燥处理。本发明的目的在于提出一种基于金属粉末挤出成型的金刚石绳锯串珠制备方法，制得合金胎体中金刚石颗粒分布均匀的金刚石绳锯串珠，提高金刚石绳锯的切割速度，延长使用寿命。

Description

一种基于金属粉末挤出成型的金刚石绳锯串珠制备方法
技术领域
本发明涉及金刚石绳锯串珠领域，尤其涉及一种基于金属粉末挤出成型的金刚石绳锯串珠制备方法。
背景技术
金刚石绳锯是由圆筒状的金刚石绳锯串珠串到钢丝绳上，再通过橡塑间隔套将每个金刚石绳锯串珠固定起来，形成完整的金刚石绳锯，其中圆筒状的金刚石绳锯串珠是由圆筒状铁芯支撑体和芯体外围的含金刚石颗粒的金刚石合金胎体构成。但现有的金刚石绳锯串珠注塑串珠工艺存在注塑模具流道和模腔浇口对金刚石颗粒的滞阻作用造成胎体合金与金刚石颗粒分布不均匀的现象，严重影响金刚石绳锯的切割速度和使用寿命等问题，且生产效率低，工艺复杂。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于金属粉末挤出成型的金刚石绳锯串珠制备方法，通过金属粉末冶金挤出成型工艺，制得合金胎体中金刚石颗粒分布均匀的金刚石绳锯串珠，避免金刚石颗粒在胎体中分布不均发串珠磨损偏芯而造成切割速度降低、断绳和过早结束使用的现象，提高金刚石绳锯的切割速度，延长使用寿命。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于金属粉末挤出成型的金刚石绳锯串珠制备方法，包括以下步骤：
步骤A，将金属预合金粉末与金刚石颗粒进行干混得到胎体合金粉料，所述胎体合金粉料和高粘度水基粘结剂进行加热捏合，然后造粒制成胎体合金挤出喂料；
步骤B，将所述胎体合金挤出喂料挤出成型为胎体合金圆管；
步骤C，将所述胎体合金圆管切割成圆环毛坯，得到金刚石串珠圆环毛坯；
步骤D，对所述金刚石串珠圆环毛坯进行浸汲泡水溶剂脱脂和干燥处理；
步骤E，在经过步骤D处理后的所述金刚石串珠圆环毛坯中放入铁芯支撑体，所述金刚石串珠圆环毛坯包覆所述铁芯支撑体，然后进行真空热脱脂和真空加压烧结，制得金刚石绳锯串珠。
优选的，按照质量百分数计算，所述金属预合金粉末包括电解Cu粉10％～40％、羰基Ni粉7％～30％、CuSn15预合金粉8％～25％、WC粉5％～20％和Cr粉1％～15％；
其中，电解Cu粉和CuSn15预合金粉的颗粒目数均为500目，羰基Ni粉、WC粉和Cr粉的颗粒粒度分别为＜2μm。
优选的，按照质量百分数计算，所述高粘度水基粘结剂的原料包括：聚乙二醇50～60％、聚甲醛5％～15％、聚醋酸乙烯酯5％～15％、高密度聚乙烯15～20％、无规聚丙烯5～10％、邻苯二甲酸二辛酯0.5～3％和硬脂酸0.5～2％。
优选的，所述步骤A具体包括：
步骤A1，按照质量百分数计算，称取60～70％金属预合金粉末和30～40％金刚石颗粒加入干粉混料机干混2～3h，得到胎体合金粉料，然后称取89～91％胎体合金粉料和9～11％高粘度水基粘结剂；
步骤A2，将所述高粘度水基粘结剂加入捏合机并加热至170℃～180℃；
步骤A3，待所述高粘度水基粘结剂熔融后，将所述胎体合金粉料分多次加入步骤A2的捏合机中，并且每次须要待捏合机内原有的胎体合金粉料熔融后才能往捏合机加入新的胎体合金粉料，直至所有胎体合金粉料加完后捏合机继续加热捏合0.5～1.5小时，制得捏合挤出喂料；
步骤A4，将步骤A3制得的捏合挤出喂料从捏合机取出，自然冷却后通过破碎机破碎成颗粒状的所述胎体合金挤出喂料。
优选的，所述金属预合金粉末的颗粒粒度＜5μm，所述金属预合金粉末的比表面积≤10m2/g；
所述金刚石颗粒的粒度分级为35～40目占20～30％、40～45目占30～40％、45～50目占10～20％和50～60目占10～20％。
优选的，所述铁芯支撑体为45号钢加工的成品钢管。
优选的，所述步骤B中，所述挤出成型的挤出压力为5～20吨，所述挤出成型的料筒工作温度为160～180℃，所述挤出成型的模头成型工作温度为110～130℃。
优选的，所述金刚石串珠圆环毛坯的内径与所述铁芯支撑体的外径相匹配。
优选的，所述步骤D中，所述浸汲泡水溶剂脱脂为将所述金刚石串珠圆环毛坯放入水中在室温下浸泡6～12h，然后将所述金刚石串珠圆环毛坯取出并清洗干净；所述干燥处理为将清洗干净的所述金刚石串珠圆环毛坯在空气中干燥2～3h，干燥温度为35～45℃。
优选的，所述步骤E具体包括：
步骤E1，在经过步骤D处理后的所述金刚石串珠圆环毛坯中放入铁芯支撑体，然后一同放在石墨承烧板上，放入真空加压烧结炉，所述真空加压烧结炉的真空度＜10Pa，所述真空加压烧结炉先以2℃/min的升温速率从室温升至200℃，保温60min后以2℃/min的升温速率升至400℃保温60min，然后以5℃/min的速率加热到500℃；
步骤E2，所述真空加压烧结炉在500℃保温30min，同时通入氢气，控制炉内压力为0.1035MPa，完成真空热脱脂和氢气还原加压烧结；
步骤E3，所述真空加压烧结炉以5℃/min的升温速率从500℃升至950℃，保温60min，进行真空烧结；
步骤E4，所述真空加压烧结炉在950℃继续保温30min，同时通入氩气，控制炉内压力为10MPa，进行热等静压烧结；
步骤E5，停止所述真空加压烧结炉运行，降温至室温，制得金刚石绳锯串珠。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
所述基于金属粉末挤出成型的金刚石绳锯串珠制备方法，通过金属粉末冶金挤出成型工艺可以使胎体合金挤出喂料在熔融成流体时，其中的金刚石颗粒与合金粉料均匀一体推压入挤出模头，克服了注塑成型中存在模具流道和模腔浇口对大颗粒金刚石的阻碍造成金刚石在胎体中分布不均，严重影响金刚石绳锯的切割速度和使用寿命等问题，且挤出成型工艺简单，成型过程是挤出喂料直接从供料口进入再直接通过挤出模头挤出成型，整个过程没有注塑成型的残余水口料，生产效率比注塑成型高，质量稳定，操作方便。再通过真空热脱脂和真空加压烧结制得金刚石串珠圆环毛坯和铁芯支撑体融合为一体、金刚石颗粒在金刚石串珠圆环毛坯分布均匀的金刚石绳锯串珠，提高了金刚石绳锯的切割速度，延长金刚石绳锯的使用寿命。
具体实施方式
一种基于金属粉末挤出成型的金刚石绳锯串珠制备方法，包括以下步骤：
步骤A，将金属预合金粉末与金刚石颗粒进行干混得到胎体合金粉料，所述胎体合金粉料和高粘度水基粘结剂进行加热捏合，然后造粒制成胎体合金挤出喂料；
步骤B，将所述胎体合金挤出喂料挤出成型为胎体合金圆管；
步骤C，将所述胎体合金圆管切割成圆环毛坯，得到金刚石串珠圆环毛坯；
步骤D，对所述金刚石串珠圆环毛坯进行浸汲泡水溶剂脱脂和干燥处理；
步骤E，在经过步骤D处理后的所述金刚石串珠圆环毛坯中放入铁芯支撑体，所述金刚石串珠圆环毛坯包覆所述铁芯支撑体，然后进行真空热脱脂和真空加压烧结，制得金刚石绳锯串珠。
在经挤出成型、尺寸切割、浸汲泡水溶剂脱脂和干燥处理后的金刚石串珠圆环毛坯中放入铁芯支撑体，所述金刚石串珠圆环毛坯包覆所述铁芯支撑体，进行真空热脱脂和加氢气还原加氩气加压烧结，金刚石串珠圆环毛坯与铁芯支撑体经过高温高压钎焊烧结制得胎体合金与铁芯支撑体一体的金刚石绳锯串珠，经过真空热脱脂和真空加压烧结，胎体合金与铁芯支撑体实现完全钎焊，串珠的胎体合金使用挤出成型的方法进行制备，克服了现有注塑成型的金刚石串珠工艺存在注塑模具流道和模腔浇口，对金刚石颗粒的滞阻作用导致胎体合金中金刚石颗粒分布不均匀的现象，以及现有热压烧结工艺出现焊接不完全的问题，金刚石颗粒在胎体中分布均匀，避免了金刚石绳锯串珠在切割石材时偏珠和断绳，提高了金刚石绳锯的切割速度和使用寿命，工艺简单，生产效率高。
优选的，按照质量百分数计算，所述金属预合金粉末包括电解Cu粉10％～40％、羰基Ni粉7％～30％、CuSn15预合金粉8％～25％、WC粉5％～20％和Cr粉1％～15％；
其中，电解Cu粉和CuSn15预合金粉的颗粒目数均为500目，羰基Ni粉、WC粉和Cr粉的颗粒粒度分别为＜2μm。
所述金属预合金粉末硬度高、抗冲击强度高，可直接和高粘度水基粘结剂加热捏合制成胎体合金挤出喂料，高压高温烧结出来的金刚石合金胎体抗压强度和抗弯强度高；限定所述电解Cu粉和CuSn15预合金粉的颗粒目数以及所述羰基Ni粉、WC粉和Cr粉的颗粒粒度，避免由于粉末粒度太大造成粉末混合不均匀，从而降低所述金刚石绳锯串珠的力学强度；所述金属预合金粉末中的各种粉料均从现有市场购买所得。
优选的，按照质量百分数计算，所述高粘度水基粘结剂的原料包括：聚乙二醇50～60％、聚甲醛5％～15％、聚醋酸乙烯酯5％～15％、高密度聚乙烯15～20％、无规聚丙烯5～10％、邻苯二甲酸二辛酯0.5～3％和硬脂酸0.5～2％。
高粘度水基粘结剂主要目的是使所述金属预合金粉末与所述金刚石颗粒能很好地粘结，保证在挤出时喂料流体在挤出机料筒和挤出模头成型时同步移动不易分离，避免了金刚石颗粒在胎体合金中不均匀分布。所述高粘度水基粘结剂中的聚乙二醇(PEG)、硬脂酸(SA)可促进注射，避免胎体合金在挤出成型时的粘度太大而难以挤出；聚甲醛(POM)、高密度聚乙烯(HDPE)和无规聚丙烯(APP)在脱脂过程中起到骨架作用，防止脱脂时所述金刚石串珠圆环毛坯发生塌陷；聚醋酸乙烯酯(EVA)可以增加高密度聚乙烯(HDPE)和无规聚丙烯(APP)与聚乙二醇(PEG)的相容性，提高高粘度水基粘结剂的效果，邻苯二甲酸二辛酯(DOP)起到分散作用。粘结剂中引入大量的水溶性高分子聚乙二醇(PEG)，使用无污染、不挥发、不易燃易爆、环保的水作为溶剂脱脂介质，在脱脂的过程中，可以通过水对所述金刚石串珠圆环毛坯中的有机物进行萃取，溶剂脱脂很完全，可大大缩短脱脂时间。
优选的，所述步骤A具体包括：
步骤A1，按照质量百分数计算，称取60～70％金属预合金粉末和30～40％金刚石颗粒加入干粉混料机干混2～3h，得到胎体合金粉料，然后称取89～91％胎体合金粉料和9～11％高粘度水基粘结剂；
步骤A2，将所述高粘度水基粘结剂加入捏合机并加热至170℃～180℃；
步骤A3，待所述高粘度水基粘结剂熔融后，将所述胎体合金粉料分多次加入步骤A2的捏合机中，并且每次须要待捏合机内原有的胎体合金粉料熔融后才能往捏合机加入新的胎体合金粉料，直至所有胎体合金粉料加完后捏合机继续加热捏合0.5～1.5小时，制得捏合挤出喂料；
步骤A4，将步骤A3制得的捏合挤出喂料从捏合机取出，自然冷却后通过破碎机破碎成颗粒状的所述胎体合金挤出喂料。
按照质量百分数计算，称取89～91％胎体合金粉料和9～11％高粘度水基粘结剂，烧结后产品的尺寸收缩比较小，约为1.18～1.20。待所述高粘度水基粘结剂熔融后，为避免一次全加入所述胎体合金粉料造成熔融、捏合时间过长，高温促使所述胎体合金粉料氧化，因此分多次加入所述胎体合金粉料，每次加入时胎体合金粉料颗粒的表面可快速包裹一层高粘度水基粘结剂膜，从而与空气隔绝，避免胎体合金粉料发生氧化。例如，可分四次加入所述胎体合金粉料：第一次加入胎体合金粉料总量的1/2，待料完全熔融后，第二次再加入余量的1/2，第三次再加入余量的1/2，最后将余料全部加完，继续加热捏合1小时，关闭加热电源，自然冷却成块状用破碎机破碎成颗粒状的所述胎体合金挤出喂料。
优选的，所述金属预合金粉末的颗粒粒度＜5μm，所述金属预合金粉末的比表面积≤10m2/g；
所述金刚石颗粒的粒度分级为35～40目占20～30％、40～45目占30～40％、45～50目占10～20％和50～60目占10～20％。
所述金属预合金粉末的颗粒粒度＜5μm，能够提高烧结反应的活性，降低烧结温度，降低烧结工艺的难度，有效降低烧结成本；所述金属预合金粉末的比表面积≤10m2/g，比表面积较小，可减少粘结剂的用量，降低生产成本。对所述金刚石颗粒进行粒度分级，能够有效提高金属预合金粉末对金刚石颗粒的把持力，从而提高制备得到的金刚石绳锯串珠的切割性能。
优选的，所述铁芯支撑体为45号钢加工的成品钢管。
采用具有较高强度和较好切削加工性的45号钢加工的成品钢管，经真空热脱脂和真空加压烧结后可获得较好的韧性和耐磨性，且在高温下具有较好的塑性，能够与金刚石串珠圆环毛坯钎焊为一体。
优选的，所述步骤B中，所述挤出成型的挤出压力为5～20吨，所述挤出成型的料筒工作温度为160～180℃，所述挤出成型的模头成型工作温度为110～130℃。
优选的，所述挤出成型的挤出压力为15吨，所述挤出成型的料筒第一段、第二段和第三段的工作温度以及所述挤出成型的模头成型的工作温度按实际挤出情况调整。
控制挤出成型的挤出压力为5～20吨，如小于此范围则难以得到致密且连续的胎体合金圆管，且容易出现胎体合金挤出喂料不成型的现象，造成生产不连续，如大于此范围，则容易导致胎体合金挤出喂料产生内应力，挤出时在模头出现挤出断条或喷料的情况；设置挤出成型的分段工作温度，保证胎体合金挤出喂料在挤出机料筒中的顺利输送，且模头成型温度小于挤出机料筒温度，保证胎体合金挤出喂料在挤出到模头成型时降低温度到其固化成型温度，从而保证挤出的胎体合金圆管不变形。
优选的，所述金刚石串珠圆环毛坯的内径与所述铁芯支撑体的外径相匹配。
经过挤出成型可以得到任意的小直径胎体合金圆管，满足不同的金刚石绳锯尺寸设计要求，可以极大地降低金刚石绳锯串珠的制造成本和扩大金刚石绳锯串珠的应用范围，且所述金刚石串珠圆环毛坯的内径与所述铁芯支撑体的外径相匹配，保证在高压高温烧结时金刚石串珠圆环毛坯与铁芯支撑体实现完全钎焊，从而保证金刚石绳锯串珠结构的稳定性。
优选的，所述步骤D中，所述浸汲泡水溶剂脱脂为将所述金刚石串珠圆环毛坯放入水中在室温下浸泡6～12h，然后将所述金刚石串珠圆环毛坯取出并清洗干净；所述干燥处理为将清洗干净的所述金刚石串珠圆环毛坯在空气中干燥2～3h，干燥温度为35～45℃。
溶剂脱脂是将所述金刚石串珠圆环毛坯中的所述高粘度水基粘结剂在烧结前使用可以溶解粘结剂中某种成分的溶液，经过浸泡将该成分溶解出所述金刚石串珠圆环毛坯。采用水为的脱脂溶剂——水可溶解萃取出所述金刚石串珠圆环毛坯中的水溶性高分子聚乙二醇(PEG)，由于水不燃烧及无挥发性，使得加工的工艺过程更为安全和环保；并采用长时间浸汲的萃取方法可以更好的脱去所述金刚石串珠圆环毛坯中所含的水溶性高分子聚乙二醇(PEG)，从而提高后续真空热脱脂的效率。
优选的，所述步骤E具体包括：
步骤E1，在经过步骤D处理后的所述金刚石串珠圆环毛坯中放入铁芯支撑体，然后一同放在石墨承烧板上，放入真空加压烧结炉，所述真空加压烧结炉的真空度＜10Pa，所述真空加压烧结炉先以2℃/min的升温速率从室温升至200℃，保温60min后以2℃/min的升温速率升至400℃保温60min，然后以5℃/min的速率加热到500℃；
步骤E2，所述真空加压烧结炉在500℃保温30min，同时通入氢气，控制炉内压力为0.1035MPa，完成真空热脱脂和氢气还原加压烧结；
步骤E3，所述真空加压烧结炉以5℃/min的升温速率从500℃升至950℃，保温60min，进行真空烧结；
步骤E4，所述真空加压烧结炉在950℃继续保温30min，同时通入氩气，控制炉内压力为10MPa，进行热等静压烧结；
步骤E5，停止所述真空加压烧结炉运行，降温至室温，制得金刚石绳锯串珠。
真空热脱脂利用真空作用提高了高分子蒸气压，促进分解，减少脱脂残留物，加快脱脂速度和效率。溶剂脱脂后所述金刚石串珠圆环毛坯中还残留约35％的聚甲醛、高密度聚乙烯、无规聚丙和残留的其它组分，必须通过真空热脱脂的热分解才能排除。
现有的金刚石绳锯串珠制备方法为首先采用冷压成型制取毛坯后，第一步先无压预烧结串珠毛坯，第二步再进行热等静压烧结，两次高温烧结周期时间长，功耗大，工序多，质量不稳定，所需压力大(一般热等静压的压力：100MPa～200MP)，高纯度氩气用量大，成本高。
步骤E将包覆有所述铁芯支撑体的所述金刚石串珠圆环毛坯放入真空加压烧结炉中一次性完成热脱脂、氢气还原、真空烧结、热等静压烧结这四步工艺的全过程，避免了金刚石串珠圆环毛坯在热脱脂、氢气还原、真空烧结、热等静压烧结等多次反复过程中与空气接触而增大氧化污染的机会，制得的金刚石绳锯串珠质量有保障，降低了生产周期和能耗，提高了生产效率，降低了人工强度和生产成本，极大地降低了能耗和环境污染。
步骤E1中所述真空加压烧结炉的真空度＜10Pa，真空度越高粘结剂中的树脂和残留物越容易分解挥发，因此，控制步骤E1中的真空度＜10Pa，可以减少金刚石串珠毛坯的积碳效应，提高制得的金刚石绳锯串珠的使用寿命。
在混料、挤出成型和水溶剂脱脂过程中，金属预合金粉末不可避免地受到水雾、空气等污染，使得金属预合金粉末颗粒表面产生氧化层，因此，步骤E2在真空热脱脂尾段过程通入氢气在500℃保温0.5小时，以还原金属预合金粉末颗粒表面在混料、挤出成型和水溶剂脱脂过程中发生的氧化和污染，增强了金刚石串珠圆环毛坯成分对金刚石颗粒表面的碳化作用和对金刚石颗粒的把持力，由于金属预合金粉末表面被还原而增强了颗粒烧结的反应活性，降低了烧结温度，提高了金刚石串珠圆环毛坯的烧结致密度，使得其烧结致密度能够接近100％理论密度。
步骤E4加氩气进行热等静压烧结，能够进一步提高金刚石绳锯串珠的密度和强度，提高烧结体的致密性，减少金刚石绳锯串珠中的气孔和裂纹缺陷；且将热脱脂、氢气还原、真空烧结、热等静压烧结合并在烧结炉中完成，热等静压制加压压力由现有的热等静压烧结炉所需压力100MPa～200MPa降低至10MPa，大大减少了高纯度氩气的用量，且能达到同样的技术要求。
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1～5
实施例1～5根据表1称取各原料，其中挤出成型喂料的所述金属预合金粉末中电解Cu粉和CuSn15预合金粉的颗粒目数均为500目，羰基Ni粉、WC粉和Cr粉的颗粒粒度分别为＜2μm；所述金属预合金粉末的颗粒粒度＜5μm，所述金属预合金粉末的比表面积≤10m2/g；
所述金刚石颗粒的粒度分级为35～40目占30％、40～45目占30％、45～50目占20％和50～60目占20％。
并且实施例1～5根据以下步骤制备金属粉末挤出成型的金刚石绳锯串珠，并将串珠制品进行常规的表面处理后连接到钢丝绳上，得到金刚石绳锯：
表1-金刚石绳锯串珠原料组成
Figure BDA0002336976650000111
Figure BDA0002336976650000121
Figure BDA0002336976650000131
步骤A、制备胎体合金挤出喂料
步骤A1，根据表1称取金属预合金粉末和金刚石颗粒，加入干粉混合机干混3h，得到胎体合金粉料，然后称取胎体合金粉料和高粘度水基粘结剂；
步骤A2，将所述高粘度水基粘结剂加入捏合机并加热至180℃；
步骤A3，待所述高粘度水基粘结剂熔融后，将所述胎体合金粉料分4次加入步骤A2的捏合机中，并且每次须要待捏合机内原有的胎体合金粉料熔融后才能往捏合机加入新的胎体合金粉料，直至所有胎体合金粉料加完后捏合机继续加热捏合1小时，制得捏合挤出喂料；
步骤A4，将步骤A3制得的捏合挤出喂料从捏合机取出，自然冷却后通过破碎机破碎成颗粒状的所述胎体合金挤出喂料。
步骤B、胎体合金喂料挤出成型为胎体合金圆管
步骤B1,挤出机的压力为15吨，挤出机的料筒第一段的工作温度为160℃，第二段和第三段的工作温度为180℃，挤出机的模头成型工作温度为120℃；
步骤B2,在挤出机的料筒中装入胎体合金挤出喂料；
步骤B3，挤出成型，胎体合金挤出喂料通过挤出机模头挤出胎体合金圆管。
步骤C、挤出成型的胎体合金圆管切割
将挤出成型的胎体合金圆管在0.2mm厚度的金刚石圆片组锯进行切割成单个串珠毛坯尺寸的圆环。
步骤D、对所述金刚石串珠圆环毛坯进行浸汲泡水溶剂脱脂和干燥处理
步骤D1，所述金刚石串珠圆环毛坯放入水中在室温下浸泡10h，然后将所述金刚石串珠圆环毛坯取出并清洗干净；
步骤D2，将清洗干净的所述金刚石串珠圆环毛坯在空气中干燥3h，干燥温度为40℃。
步骤E、真空热脱脂和真空加压烧结
步骤E1，在经过步骤D处理后的所述金刚石串珠圆环毛坯中放入45号钢加工的成品钢管铁芯支撑体，然后一同放在石墨承烧板上，放入真空加压烧结炉，所述真空加压烧结炉的真空度为＜10Pa，所述真空加压烧结炉先以2℃/min的升温速率从室温升至200℃，保温60min后以2℃/min的升温速率升至400℃保温60min，然后以5℃/min的速率加热到500℃；
步骤E2，所述真空加压烧结炉在500℃保温30min，同时通入氢气，控制炉内压力为0.1035MPa，完成真空热脱脂和氢气还原加压烧结；
步骤E3，所述真空加压烧结炉以5℃/min的升温速率从500℃升至950℃，保温60min，进行真空烧结；
步骤E4，所述真空加压烧结炉在950℃继续保温30min，同时通入氩气，控制炉内压力为10MPa，进行热等静压烧结；
步骤E5，停止所述真空加压烧结炉运行，降温至室温，制得金刚石绳锯串珠。
对比例1
选择实施例1进行比较。
在本对比例中，所述金刚石颗粒的粒度为45～50目占100％，其余原料组分和实施例1一致，并按照实施例1的制备方法制得金刚石绳锯。
对比例2
选择实施例1进行比较。
在本对比例中，所述电解Cu粉和CuSn15预合金粉的颗粒目数均为200目，羰基Ni粉、WC粉和Cr粉的颗粒粒度分别为20μm，其余原料组分和实施例1一致，并按照实施例1的制备方法制得金刚石绳锯。
对比例3
选择实施例1进行比较。
在本对比例中，原料组分和实施例1一致，制备方法中A3步骤为待所述高粘度水基粘结剂熔融后，将所述胎体合金粉料全部加入步骤A2的捏合机中，加热捏合1小时，制得捏合挤出喂料，其余制备方法步骤与实施例1一致，制得金刚石绳锯。
采用现有常规的金刚石绳锯切割速度和使用寿命测试方法对实施例1～5以及对比例1～3制得的金刚石绳锯进行切割速度和使用寿命的性能测试，切割山东荣成石岛红花岗岩硬质石材，切割机功率为55KW，电流为90A，得到下表的性能测试结果：
表2-实施例及对比例性能测试
Figure BDA0002336976650000151
由上述测试结果可知，实施例1～5制得的金刚石绳锯的切割速度和使用寿命较高，均比现有通过注塑成型和通过普通热压烧结工艺制备得到的金刚石绳锯的切割速度(3m2/h)和使用寿命(200m2)要高，且制备得到的金刚石绳锯串珠表面无鼓泡、裂纹的现象，串珠表面无锈斑或氧化层。通过金属粉末冶金挤出成型工艺可以使胎体合金挤出喂料在熔融成流体时，其中的金刚石颗粒与合金粉料均匀一体推压入挤出模头，克服了注塑成型中存在模具流道和模腔浇口对大颗粒金刚石的阻碍造成金刚石在胎体中分布不均，严重影响金刚石绳锯的切割速度和使用寿命等问题，制得金刚石合金胎体中金刚石颗粒分布均匀的金刚石绳锯串珠，避免金刚石颗粒在胎体中分布不均发串珠磨损偏芯而造成切割速度降低、断绳和过早结束使用的现象，因此延长了金刚石绳锯制品的使用寿命，提高了绳锯的切割速度。
由实施例1以及对比例1可知，当所述金刚石颗粒的粒度为45～50目占100％时，所述金刚石颗粒无粒度级配，制得的金刚石绳锯切割速度和使用寿命均比实施例1要低，由于实施例1中所述金刚石颗粒进行粒度分级，能够有效提高金属预合金粉末对金刚石颗粒的把持力，从而提高制备得到的金刚石绳锯串珠的切割速度和使用寿命的性能，从而提高金刚石绳锯制品的质量。
由实施例1以及对比例2可知，当所述电解Cu粉和CuSn15预合金粉的颗粒目数均为200目，羰基Ni粉、WC粉和Cr粉的颗粒粒度分别为20μm时，制得的金刚石绳锯切割速度和使用寿命均比实施例1要低，由于对比例2中电解Cu粉、CuSn15预合金粉、羰基Ni粉、WC粉和Cr粉的粉末粒度过大，造成金属预合金粉末与金刚石颗粒混合不均匀，加热啮合造粒得到的胎体合金挤出喂料中颗粒分布不均匀，因此降低了挤出成型制得的胎体合金圆管的性能，降低了制得金刚石绳锯串珠的力学强度，影响金刚石绳锯制品的切割速度和使用寿命。
由实施例1以及对比例3可知，当制备方法中A3步骤为待所述高粘度水基粘结剂熔融后，将所述胎体合金粉料全部加入步骤A2的捏合机中，不进行分步加料，最后制得的金刚石绳锯制品切割速度和使用寿命均比实施例1要低，由于一次全部加入所述胎体合金粉料，造成粉料的熔融、捏合时间过长，高温促使所述胎体合金粉料氧化，降低了制品的力学性能及使用寿命，且制得的串珠表面有明显的氧化层，严重影响金刚石绳锯制品的使用效果。
总结：通过经挤出成型、尺寸切割、浸汲泡水溶剂脱脂和干燥处理后的金刚石串珠圆环毛坯中放入铁芯支撑体，所述金刚石串珠圆环毛坯包覆所述铁芯支撑体，进行真空热脱脂和加氢气还原加氩气加压烧结，金刚石串珠圆环毛坯与铁芯支撑体经过高温高压钎焊烧结制得胎体合金与铁芯支撑体一体的金刚石绳锯串珠，经过真空热脱脂和真空加压烧结，胎体合金中含有的钎焊金属粉末经过高压高温烧结，胎体合金与铁芯支撑体实现完全钎焊，串珠胎体合金使用挤出成型的方法进行制备，克服了现有注塑成型的金刚石串珠工艺存在注塑模具流道和模腔浇口，对金刚石颗粒的滞阻作用导致胎体合金中金刚石颗粒分布不均匀的现象，以及现有热压烧结工艺出现焊接不完全的问题，提高了金刚石绳锯制品切割速度和使用寿命，制品使用性能得到较大提升，且制备工艺简单，有利于工业生产和应用。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于金属粉末挤出成型的金刚石绳锯串珠制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A，将金属预合金粉末与金刚石颗粒进行干混得到胎体合金粉料，所述胎体合金粉料和高粘度水基粘结剂进行加热捏合，然后造粒制成胎体合金挤出喂料；
步骤B，将所述胎体合金挤出喂料挤出成型为胎体合金圆管；
步骤C，将所述胎体合金圆管切割成圆环毛坯，得到金刚石串珠圆环毛坯；
步骤D，对所述金刚石串珠圆环毛坯进行浸汲泡水溶剂脱脂和干燥处理；
步骤E，在经过步骤D处理后的所述金刚石串珠圆环毛坯中放入铁芯支撑体，所述金刚石串珠圆环毛坯包覆所述铁芯支撑体，然后进行真空热脱脂和真空加压烧结，制得金刚石绳锯串珠。
2.根据权利要求1所述的基于金属粉末挤出成型的金刚石绳锯串珠制备方法，其特征在于，按照质量百分数计算，所述金属预合金粉末包括电解Cu粉10％～40％、羰基Ni粉7％～30％、CuSn15预合金粉8％～25％、WC粉5％～20％和Cr粉1％～15％；
其中，电解Cu粉和CuSn15预合金粉的颗粒目数均为500目，羰基Ni粉、WC粉和Cr粉的颗粒粒度分别为＜2μm。
3.根据权利要求1所述的基于金属粉末挤出成型的金刚石绳锯串珠制备方法，其特征在于，按照质量百分数计算，所述高粘度水基粘结剂的原料包括：聚乙二醇50～60％、聚甲醛5％～15％、聚醋酸乙烯酯5％～15％、高密度聚乙烯15～20％、无规聚丙烯5～10％、邻苯二甲酸二辛酯0.5～3％和硬脂酸0.5～2％。
4.根据权利要求1所述的基于金属粉末挤出成型的金刚石绳锯串珠制备方法，其特征在于，所述步骤A具体包括：
步骤A1，按照质量百分数计算，称取60～70％金属预合金粉末和30～40％金刚石颗粒加入干粉混料机干混2～3h，得到胎体合金粉料，然后称取89～91％胎体合金粉料和9～11％高粘度水基粘结剂；
步骤A2，将所述高粘度水基粘结剂加入捏合机并加热至170℃～180℃；
步骤A3，待所述高粘度水基粘结剂熔融后，将所述胎体合金粉料分多次加入步骤A2的捏合机中，并且每次须要待捏合机内原有的胎体合金粉料熔融后才能往捏合机加入新的胎体合金粉料，直至所有胎体合金粉料加完后捏合机继续加热捏合0.5～1.5小时，制得捏合挤出喂料；
步骤A4，将步骤A3制得的捏合挤出喂料从捏合机取出，自然冷却后通过破碎机破碎成颗粒状的所述胎体合金挤出喂料。
5.根据权利要求1所述的基于金属粉末挤出成型的金刚石绳锯串珠制备方法，其特征在于：
所述金属预合金粉末的颗粒粒度＜5μm，所述金属预合金粉末的比表面积≤10m2/g；
所述金刚石颗粒的粒度分级为35～40目占20～30％、40～45目占30～40％、45～50目占10～20％和50～60目占10～20％。
6.根据权利要求1所述的基于金属粉末挤出成型的金刚石绳锯串珠制备方法，其特征在于，所述铁芯支撑体为45号钢加工的成品钢管。
7.根据权利要求1所述的基于金属粉末挤出成型的金刚石绳锯串珠制备方法，其特征在于，所述步骤B中，所述挤出成型的挤出压力为5～20吨，挤出成型的料筒工作温度为160～180℃，所述挤出成型的模头成型工作温度为110～130℃。
8.根据权利要求1所述的基于金属粉末挤出成型的金刚石绳锯串珠制备方法，其特征在于，所述金刚石串珠圆环毛坯的内径与所述铁芯支撑体的外径相匹配。
9.根据权利要求1所述的基于金属粉末挤出成型的金刚石绳锯串珠制备方法，其特征在于，所述步骤D中，所述浸汲泡水溶剂脱脂为将所述金刚石串珠圆环毛坯放入水中在室温下浸泡6～12h，然后将所述金刚石串珠圆环毛坯取出并清洗干净；所述干燥处理为将清洗干净的所述金刚石串珠圆环毛坯在空气中干燥2～3h，干燥温度为35～45℃。
10.根据权利要求1所述的基于金属粉末挤出成型的金刚石绳锯串珠制备方法，其特征在于，所述步骤E具体包括：
步骤E1，在经过步骤D处理后的所述金刚石串珠圆环毛坯中放入铁芯支撑体，然后一同放在石墨承烧板上，放入真空加压烧结炉，所述真空加压烧结炉的真空度＜10Pa，所述真空加压烧结炉先以2℃/min的升温速率从室温升至200℃，保温60min后以2℃/min的升温速率升至400℃保温60min，然后以5℃/min的速率加热到500℃；
步骤E2，所述真空加压烧结炉在500℃保温30min，同时通入氢气，控制炉内压力为0.1035MPa，完成真空热脱脂和氢气还原加压烧结；
步骤E3，所述真空加压烧结炉以5℃/min的升温速率从500℃升至950℃，保温60min，进行真空烧结；
步骤E4，所述真空加压烧结炉在950℃继续保温30min，同时通入氩气，控制炉内压力为10MPa，进行热等静压烧结；
步骤E5，停止所述真空加压烧结炉运行，降温至室温，制得金刚石绳锯串珠。
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