CN111070424A - 复合金刚石刀头及其制备方法和金刚石锯片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合金刚石刀头及其制备方法和金刚石锯片及其制备方法，一种金刚石锯片，包括圆盘形基体，所述基体中心设置有轴孔，沿着基体外周均匀设置有若干个复合金刚石刀头，各复合金刚石刀头之间设置有排屑槽，所述复合金刚石刀头包括金属胎体和若干个金刚石颗粒，每个金刚石颗粒外侧镀有一层钨层，所述钨层外侧镀有一层镍层，最外层镀有镍层的各金刚石颗粒镶嵌在金属胎体内。钨层和镍层提高了金刚石颗料与金属胎体之间的界面结合，从而使得金刚石锯片中金刚石颗粒的利用率增加，以增加其切削效率和使用寿命，保证了金刚石颗料牢固的烧结在金属胎体内，不容易脱离。

Description

复合金刚石刀头及其制备方法和金刚石锯片及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合金刚石刀头及其制备方法和金刚石锯片及其制备方法。

背景技术

金刚石锯片是一种切割工具，广泛应用于混凝土、耐火材料、石材、陶瓷等硬脆材料的加工，金刚石锯片主要由两部分组成：基体与刀头。其中，基体是粘结刀头的主要支撑部分，而刀头则是在使用过程中起切割作用的部分，刀头之所以能起切割的作用是因为其中含有金刚石颗粒，金刚石颗粒由金属胎体包裹在刀头，它在刀头中摩擦切割被加工对象，而且，刀头会在使用中不断地被消耗掉。

锯片的性能并不仅仅取决于选用的金刚石与金属胎体自身的性能，还取决于金刚石与金属胎体之间的界面结合，由于金刚石颗料与金属结合剂之间的浸润性较差，使得金属胎体对金刚石的把持能力较低，这将使得制备的锯片中的金刚石颗料在未磨损失效前便提前脱落，从而造成切削效率的降低以及使用成本的增加。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种复合金刚石刀头及其制备方法和金刚石锯片及其制备方法，提高金刚石颗料与金属胎体之间的界面结合，从而使得金刚石锯片中金刚石颗粒的利用率增加，以增加其切削效率和使用寿命，最终获得高效率、低成本的金刚石切割工具。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种复合金刚石刀头，包括金属胎体和若干个金刚石颗粒，每个金刚石颗粒外侧镀有一层钨层，所述钨层外侧镀有一层镍层，最外层镀有镍层的各金刚石颗粒镶嵌在金属胎体内。

优选，各金刚石颗粒均匀或随机镶嵌在金属胎体内。

对应的，一种复合金刚石刀头的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、在金刚石颗粒表面经过真空微蒸法镀钨粉形成一层钨层；或者，将金刚石颗料与金属钨粉的混合粉体在SPS系统内进行放电处理，通过放电等离子体镀覆在金刚石颗料表面制备钨层；

步骤2、通过化学镀镍或电镀镍在钨层表面制备镍层；

步骤3、将步骤2制备的复合金刚石颗料与金属粉末混合均匀，装入石墨模具，在热压烧结机上进行烧结。

优选，当金刚石刀头焊接在基体上后，采用万能工具磨床对刀头进行开刃处理。

一种金刚石锯片，包括圆盘形基体，所述基体中心设置有轴孔，沿着基体外周均匀设置有若干个复合金刚石刀头，各复合金刚石刀头之间设置有排屑槽，所述复合金刚石刀头包括金属胎体和若干个金刚石颗粒，每个金刚石颗粒外侧镀有一层钨层，所述钨层外侧镀有一层镍层，最外层镀有镍层的各金刚石颗粒镶嵌在金属胎体内。

优选，所述基体上设置有若干个散热消音孔。

优选，各金刚石颗粒均匀或随机镶嵌在金属胎体内。

优选，所述排屑槽呈“V”字形或呈“U”字形。

对应的，一种金刚石锯片的制备方法，包括如下步骤：

步骤01、沿着基体的圆周方向均匀加工小齿，加工结束后，清洁基体；

步骤02、在金刚石颗粒表面经过真空微蒸法镀钨粉形成一层钨层；或者，将金刚石颗料与金属钨粉的混合粉体在SPS系统内进行放电处理，通过放电等离子体镀覆在金刚石颗料表面制备钨层；

步骤03、通过化学镀镍或电镀镍在钨层表面制备镍层；

步骤04、将制备的复合金刚石颗料与金属粉末混合均匀；

步骤05、将混合料装入石墨模具，在热压烧结机上进行烧结；

步骤06、将金刚石刀头焊接在基体上；

步骤07、采用万能工具磨床对刀头进行开刃处理。

本发明的有益效果是：

第一、在金刚石颗料外侧依次镀有钨层和镍层形成复合镀层，经过真空微蒸法镀钨后，可以直接电镀滚镀镍，可以省去敏化、活化等工序，降低了生产成本。

第二、钨层和镍层提高了金刚石颗料与金属胎体之间的界面结合，从而使得金刚石锯片中金刚石颗粒的利用率增加，以增加其切削效率和使用寿命，保证了金刚石颗料牢固的烧结在金属胎体内，不容易脱离。

第三、制备过程中：镀覆后的金刚石颗料与金属胎体一起经烧结后制备成金刚石刀头，在烧结过程中，金刚石表面的镀层不仅与结合剂发生化学结合的同时也能固溶于结合剂中，发生化学结合从而使得金刚石与金属胎体之间的界面结合提高，从而使得锯片中金刚石颗粒的利用率增加；发生固溶于结合剂中增加其耐磨性，从而使得金刚石刀头的使用寿命和切削效率增加。这对提高和改善金刚石工具的性能具有十分重要的意义。

第四、提高了金刚石锯片的使用寿命和切削效率，且锋利度高。

第五、经放电等离子体镀覆后的金刚石颗料表面的金属镀层可以在金刚石锯片烧结过程中保护金刚石避免其受到结合剂的侵蚀，尤其是铁基结合剂，以更好的发挥金刚石的超硬性。

附图说明

图1是本发明一种金刚石锯片的结构示意图；

图2是本发明一种金刚石锯片的生产工艺流程图；

附图的标记含义如下：

1：轴孔；2：散热消音孔；3：金刚石刀头；4：排屑槽；5：基体。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

一种复合金刚石刀头，包括金属胎体和若干个金刚石颗粒，每个金刚石颗粒外侧镀有一层钨层，所述钨层外侧镀有一层镍层，最外层镀有镍层的各金刚石颗粒镶嵌在金属胎体内。其中，各金刚石颗粒均匀或随机镶嵌在金属胎体内。

对应的，其制备方法包括如下步骤：

步骤1、在金刚石颗粒表面经过真空微蒸法镀钨粉形成一层钨层；或者，将金刚石颗料与金属钨粉的混合粉体在SPS（放电等离子烧结）系统内进行放电处理，通过放电等离子体镀覆在金刚石颗料表面制备钨层；

步骤2、通过化学镀镍或电镀镍在钨层表面制备镍层；

步骤3、将步骤2制备的复合金刚石颗料与金属粉末混合均匀，装入石墨模具，在热压烧结机上进行烧结。最常用的混料方法是机械混合法将金属粉末和金刚石颗料机械地掺和均匀，在混合过程中，由于金属粉末密度高，金刚石颗料密度较低，容易造成金刚石局部的堆集，所以最好采用三维运动方式混料机。

由于金刚石刀头3需要和基体5固定在一起之后才能开刃，因此，当金刚石刀头3焊接在基体5上后，采用万能工具磨床对刀头进行开刃处理，开刃的目的是将工具表面金刚石出露，去除磨面和侧面毛刺或突起，提高工具外圆的同心度。

如图1所示，一种金刚石锯片，包括圆盘形基体5，所述基体5中心设置有轴孔1，沿着基体5外周均匀设置有若干个复合金刚石刀头3，图1中设置有8个复合金刚石刀头3，可根据具体应用环境自行设定数量。其中，各复合金刚石刀头3之间设置有排屑槽4，加快了切割时的排屑，可采用“V”字形排屑槽4，图1中为“U”字形排屑槽4。所述复合金刚石刀头3包括金属胎体和若干个金刚石颗粒，每个金刚石颗粒外侧镀有一层钨层，所述钨层外侧镀有一层镍层，最外层镀有镍层的各金刚石颗粒镶嵌在金属胎体内。

各金刚石颗粒均匀或随机镶嵌在金属胎体内，最好在基体5上设置有若干个散热消音孔2，起到了散热消音的作用，同时可以保证基体5的强度，使其在高强度的工作状态下，不会出现损坏的情况。

金刚石锯片的生产是一项系统工程，应该从粉末的制备及金刚石的质量等源头开始抓起，同时也要监控基体的材质、机械性能和加工精度的性能，选择合适的原材料是制备出性能优异的金刚石锯片的前提。金刚石锯片生产过程属于典型的粉末冶金过程，需经历混料、压制成型、烧结过程，其中金刚石与结合剂之间的界面结合高低是影响金刚石锯片切削性能优劣的一个重要指标，因而改善金刚石与结合剂之间的界面结合对锯片性能的提高具有十分重要的意义。对应的，如图2所示，一种金刚石锯片的制备方法，包括如下步骤：

步骤01、沿着基体5的圆周方向均匀加工小齿，加工结束后，清洁基体5。此步骤主要进行基体5的处理：基体5是金刚石锯片用来支撑切割元件—锯齿的主体，同时又是连接于设备上实现切割的刚性部件。用于冷压烧结锯片的基体一般用冷冲压制造，相对尺寸精度差。为了给刀头金属胎体起骨架支撑作用，在基体的周围要加工许多小齿。在使用前需对其进行清洁等前处理。

步骤02、在金刚石颗粒表面经过真空微蒸法镀钨粉形成一层钨层；或者，将金刚石颗料与金属钨粉的混合粉体在SPS系统内进行放电处理，通过放电等离子体镀覆在金刚石颗料表面制备钨层。

步骤03、通过化学镀镍或电镀镍在钨层表面制备镍层。

步骤04、将制备的复合金刚石颗料与金属粉末混合均匀，将金属粉末和金刚石混合均匀最常用的混料方法是机械混合法将金属粉末和金刚石机械地掺和均匀。在混合过程中，由于金属粉末密度高，金刚石密度较低，容易造成金刚石局部的堆集，所以采用三维运动方式混料机。

步骤05、将混合料装入石墨模具，在热压烧结机上进行烧结。烧结是金刚石锯片生产中最重要的一道关键工序，烧结过程的好坏直接影响着金刚石锯片的刀头密度、硬度与切削性能。

步骤06、将金刚石刀头3焊接在基体5上，采用高频焊接机将刀头焊接在基体上，焊接工艺保证焊接牢固，对刀头和基体的损伤小。

步骤07、采用万能工具磨床对刀头进行开刃处理，开刃的目的是将工具表面金刚石出露，去除磨面和侧面毛刺或突起，提高工具外圆的同心度。

步骤08、严格按照质量标准要求进行检测，包括外观尺寸以及内在质量，质量合格产品检测和校正动平衡，最后进行表面抛光、喷漆、打标和包装入库。

随着基础设施建设的大规模进行，要求高性能和低成本的金刚石锯片，但是由于金刚石属于非金属，与金属结合剂之间的润湿性差，致使金刚石与一般金属或合金间具有很高的界面能，为了提高金刚石工具中金刚石与金属胎体结合力，人们通常会采取表面合金化、表面粗化的方法提高法提高金刚石与胎体机械镶嵌力。而本发明的有益效果是：

第一、在金刚石颗料外侧依次镀有钨层和镍层形成复合镀层，经过真空微蒸法镀钨后，可以直接电镀滚镀镍，可以省去敏化、活化等工序，降低了生产成本。

第二、钨层和镍层提高了金刚石颗料与金属胎体之间的界面结合，从而使得金刚石锯片中金刚石颗粒的利用率增加，以增加其切削效率和使用寿命，保证了金刚石颗料牢固的烧结在金属胎体内，不容易脱离。

第三、制备过程中：镀覆后的金刚石颗料与金属胎体一起经烧结后制备成金刚石刀头，在烧结过程中，金刚石表面的镀层不仅与结合剂发生化学结合的同时也能固溶于结合剂中，发生化学结合从而使得金刚石与金属胎体之间的界面结合提高，从而使得锯片中金刚石颗粒的利用率增加；发生固溶于结合剂中增加其耐磨性，从而使得金刚石刀头的使用寿命和切削效率增加。这对提高和改善金刚石工具的性能具有十分重要的意义。

第四、提高了金刚石锯片的使用寿命和切削效率，且锋利度高。

第五、经放电等离子体镀覆后的金刚石颗料表面的金属镀层可以在金刚石锯片烧结过程中保护金刚石避免其受到结合剂的侵蚀，尤其是铁基结合剂，以更好的发挥金刚石的超硬性。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种复合金刚石刀头，包括金属胎体和若干个金刚石颗粒，其特征在于，每个金刚石颗粒外侧镀有一层钨层，所述钨层外侧镀有一层镍层，最外层镀有镍层的各金刚石颗粒镶嵌在金属胎体内。

2.根据权利要求1所述的一种复合金刚石刀头，其特征在于，各金刚石颗粒均匀或随机镶嵌在金属胎体内。

3.一种复合金刚石刀头的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、在金刚石颗粒表面经过真空微蒸法镀钨粉形成一层钨层；或者，将金刚石颗料与金属钨粉的混合粉体在SPS系统内进行放电处理，通过放电等离子体镀覆在金刚石颗料表面制备钨层；

步骤2、通过化学镀镍或电镀镍在钨层表面制备镍层；

步骤3、将步骤2制备的复合金刚石颗料与金属粉末混合均匀，装入石墨模具，在热压烧结机上进行烧结。

4.根据权利要求3所述的一种复合金刚石刀头的制备方法，其特征在于，当金刚石刀头（3）焊接在基体（5）上后，采用万能工具磨床对刀头进行开刃处理。

5.一种金刚石锯片，包括圆盘形基体（5），所述基体（5）中心设置有轴孔（1），其特征在于，沿着基体（5）外周均匀设置有若干个复合金刚石刀头（3），各复合金刚石刀头（3）之间设置有排屑槽（4），所述复合金刚石刀头（3）包括金属胎体和若干个金刚石颗粒，每个金刚石颗粒外侧镀有一层钨层，所述钨层外侧镀有一层镍层，最外层镀有镍层的各金刚石颗粒镶嵌在金属胎体内。

6.根据权利要求5所述的一种金刚石锯片，其特征在于，所述基体（5）上设置有若干个散热消音孔（2）。

7.根据权利要求5所述的一种金刚石锯片，其特征在于，各金刚石颗粒均匀或随机镶嵌在金属胎体内。

8.根据权利要求5所述的一种金刚石锯片，其特征在于，所述排屑槽（4）呈“V”字形。

9.根据权利要求5所述的一种金刚石锯片，其特征在于，所述排屑槽（4）呈“U”字形。

10.一种金刚石锯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤01、沿着基体（5）的圆周方向均匀加工小齿，加工结束后，清洁基体（5）；

步骤02、在金刚石颗粒表面经过真空微蒸法镀钨粉形成一层钨层；或者，将金刚石颗料与金属钨粉的混合粉体在SPS系统内进行放电处理，通过放电等离子体镀覆在金刚石颗料表面制备钨层；

步骤03、通过化学镀镍或电镀镍在钨层表面制备镍层；

步骤04、将制备的复合金刚石颗料与金属粉末混合均匀；

步骤05、将混合料装入石墨模具，在热压烧结机上进行烧结；

步骤06、将金刚石刀头（3）焊接在基体（5）上；

步骤07、采用万能工具磨床对刀头进行开刃处理。

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