CN112091218A - 一种低价排锯刀头产品及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低价排锯刀头产品及其制备方法，具体涉及排锯刀头领域，该刀头产品采用的刀头材料由金属粉末、液体石蜡和金刚石混合后烧结而成，所述金属粉末(按重量份数计)由以下粉末原料组成：钴35‑45份、铁25‑35份、铜25‑35份、镍1‑5份、La0.8份，所述液体石蜡1‑1.2份，所述金刚石占刀头材料的体积比为30％。本发明通过添加不同含量的Fe、Cu、Ni、Sn以及少量稀土元素，来保持胎体的硬度HRB、抗弯强度和磨耗比,从而满足排锯刀头对胎体的力学性能和耐磨性能；通过使用固定等级和粒度的金刚石来匹配胎体特性，保证胎体对金刚石的把持力以及出刃效果，并且使用与之特性相匹配的烧结工艺，从而达到钴基产品的切割锋利度和寿命。

Description

一种低价排锯刀头产品及其制备方法
技术领域
本发明涉及排锯刀头技术领域，更具体地说，本发明涉及一种低价排锯刀头产品及其制备方法。
背景技术
现有的排锯产品主要分为两大类：一是纯钴基产品，二是铁基产品。纯钴基产品具有锋利度、寿命高，切割大理石板材平整的优点。铁基产品由于锋利度低，需要频繁的磨刀开刃，所以产品切割速度低，寿命低，而且切割过程中容易引起振动，导致切割的过程中，出现大理石板材有波浪纹或者大理石板材碎裂的问题发生，客户只能切割低价的、材质较软的大理石石材。
虽然钴基产品切割品质好，但是由于国际国内新能源汽车电池行业的迅猛发展，钴粉用量急剧上升，钴粉价格也大幅上涨275％。从国内市场需求来看，目前全世界钴粉产量8700吨左右，国内钴需求量年均在3000吨左右，其中金刚石工具需求量达到800吨/年，占全国钴总耗量的27％，随着新能源汽车的发展，新能源电池对钴粉的需求急剧增加，造成钴粉价格大幅度增加，价格从最低时200元/公斤涨到最高750元/公斤，排锯产品价格也随之大幅增加，导致客户切割石材成本升高，客户丢失严重。而且，排锯产品厂家也出现钴粉供应不及时的现象，产品交货期也无法保证。
因此，发明一种与纯钴基产品品质相同的低价产品非常有必要。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种低价排锯刀头产品及其制备方法，通过采用以铁、钴、铜混合基材料保证刀头的寿命和烧结性能，降低成本，刀头原料中所添加镍和锡粉弥散的分布于胎体之中，保证刀头切割的锋利度，解决钴粉大幅度涨价，造成的纯钴基产品价格升高，无法按时交货的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低价排锯刀头产品，该刀头产品采用的刀头材料由金属粉末、液体石蜡和金刚石混合后烧结而成，所述金属粉末(按重量份数计)由以下粉末原料组成：钴35-45份、铁25-35份、铜25-35份、镍1-5份、La0.8份，所述液体石蜡1-1.2份，所述金刚石占刀头材料的体积比为30％，所述金刚石是按照刀头材料体积百分比添加。
在一个优选地实施方式中，所述刀头材料(按重量份数计)由以下原料组成：钴35-45份、铁25-35份、铜25-35份、镍1-5份、锡2-8份、La0.8份、液体石蜡1-1.2份、体积比为30％的金刚石，所述金刚石是按照刀头材料体积百分比添加。
在一个优选地实施方式中，所述刀头材料(按重量份数计)由以下原料组成：钴35份、铜29.2份、铁28份、镍2份、锡5份、La0.8份、液体石蜡1.2份、金刚石1.58份。
在一个优选地实施方式中，所述刀头材料(按重量份数计)由以下原料组成：钴33份、铜29份、铁29.8份、镍1.8份、锡5.6份、La0.8份、液体石蜡1.2份、金刚石1.58份。
本发明还提供了一种低价排锯刀头产品的制备方法，具体制备步骤如下：
S1、刀头设计：设计刀头由左刀头、中间刀头和右刀头组成，且左刀头和右刀头分别设置于中间刀头两侧，整个刀头一体化成型；其中左刀头和右刀头原料中金刚石集中度比中间刀头中的金刚石集中度高0.8，能够增加刀头两侧的耐磨性；
S2、原料混配：按配比称取金属粉末原料，采用混料筒将各原料混配均匀；
S3、金刚石和液体石蜡添加：将金刚石按照体积百分比添加至步骤S2中的混料筒中，同时加入液体石蜡，将金刚石、液体石蜡与金属粉末混配均匀；
S4、刀头计量成型：将上述混合好后的刀头原料进行重量计量，由于每个刀头都包括左刀头、中间刀头和右刀头，所以计量三包料，并按照顺序依次倒入金属成型模具中，然后用冷压机压制成型；
S5、激光焊接：将成型完的刀头依次摆放在石墨盘中，在氢气还原的气氛中，采用激光焊接机进行刀头烧结，得到金刚石刀头；
S6、检测金刚石刀头成品的硬度、尺寸合格后，最后按照产品的设计要求进行包装。
在一个优选地实施方式中，所述步骤S2中，各金属原料均为200-400目的粉末，且投入混料筒中混合60分钟。
在一个优选地实施方式中，所述步骤S3中，金刚石具体为30-50目的粉末，且加入金刚石和液体石蜡后混合的时间为20分钟。
在一个优选地实施方式中，所述步骤S5中，刀头烧结温度为880℃，烧结时间为120分钟，常压环境烧结。
本发明的技术效果和优点：
1、本发明方法针对现有纯钴基的低价排锯产品价格高、钴粉采购困难引起的交货期无法保证的问题进行了低价产品开发，采用以铁、钴、铜混合基材料保证刀头的寿命和烧结性能，刀头原料中所添加镍和锡粉弥散的分布于胎体之中，保证刀头切割的锋利度，使用寿命长、板材切割面平整；本发明的排锯产品比较纯钴基产品制造成本降低52％，切割锋利度和寿命持平，解决钴粉大幅度涨价，造成的纯钴基产品价格升高，无法按时交货的问题；
2、添加的稀土元素La，在胎体中可以起到弥散强化和钉扎作用，能抑制胎体材料的变形和磨损，减少胎体中的孔洞缺陷，改善胎体的组织结构，同时，使胎体能够加快合金化进程，起到了活化烧结的作用，进一步提高胎体的力学性能，由此使胎体的磨损性能与金刚石的磨损和出刃率相匹配，使刀头具有优良的切割能力；
3、本发明刀头所采用的铁、钴、铜混合基材料配方，同时添加镍和锡粉以及稀土元素，可提高刀头使用寿命和烧结性能，保证对所包裹的金刚石形成良好的机械啮合，且能够在无压的烧结条件下实现合金化，减缓金刚石单晶的劣化趋势，其合金组元可以良好的浸润金刚石单晶，提高对金刚石的把持能力。
附图说明
图1为本发明的整体刀头结构示意图。
图2为本发明的空白胎体三点抗弯强度对比示意图。
图3为本发明的含金刚石胎体三点抗弯强度对比示意图。
附图标记为：1左刀头、2中间刀头、3右刀头。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
根据图1所示的一种低价排锯刀头产品，该刀头产品采用的刀头材料由金属粉末、液体石蜡和金刚石混合后烧结而成，所述金属粉末(按重量份数计)由以下粉末原料组成：钴35-45份、铁25-35份、铜25-35份、镍1-5份、La0.8份，所述液体石蜡1-1.2份，所述金刚石占刀头材料的体积比为30％，所述金刚石是按照刀头材料体积百分比添加；
进一步的，所述刀头材料(按重量份数计)由以下原料组成：钴35-45份、铁25-35份、铜25-35份、镍1-5份、锡2-8份、La0.8份、液体石蜡1-1.2份、体积比为30％的金刚石，所述金刚石是按照刀头材料体积百分比添加；
进一步的，所述刀头材料(按重量份数计)由以下原料组成：钴35份、铜29.2份、铁28份、镍2份、锡5份、La0.8份、液体石蜡1.2份、金刚石1.58份；
而具体到本实施例中，取铁粉2.8公斤，钴粉3.5公斤，铜粉2.92公斤，镍粉0.2公斤，锡粉0.5公斤，稀土元素La0.08公斤；液体石蜡0.12公斤，金刚石0.158公斤；
本发明低价排锯刀头产品的制备方法如下：
S1、刀头设计：设计刀头由左刀头1、中间刀头2和右刀头3组成，且左刀头1和右刀头3分别设置于中间刀头2两侧，整个刀头一体化成型；其中左刀头1和右刀头3原料中金刚石集中度比中间刀头2中的金刚石集中度高0.8，能够增加刀头两侧的耐磨性；
S2、原料混配：按配比称取金属粉末原料，各金属原料均为200-400目的粉末，采用混料筒将各原料混配均匀，混合时间为60分钟；
S3、金刚石和液体石蜡添加：将30-50目的金刚石按照体积百分比添加至步骤S2中的混料筒中，同时加入液体石蜡，将金刚石、液体石蜡与金属粉末混配均匀，混合的时间为20分钟；
S4、刀头计量成型：将上述混合好后的刀头原料进行重量计量，由于每个刀头都包括左刀头1、中间刀头2和右刀头3，所以计量三包料，并按照顺序依次倒入金属成型模具中，然后用冷压机压制成型；
S5、激光焊接：将成型完的刀头依次摆放在石墨盘中，在氢气还原的气氛中，采用激光焊接机进行刀头烧结，刀头烧结温度为880℃，烧结时间为120分钟，常压环境烧结，得到金刚石刀头；
S6、检测金刚石刀头成品的硬度、尺寸合格后(硬度达到HRB90-100合格)，最后按照产品的设计要求进行包装，以方便保存、运输。
实施例2：
根据图1所示的一种低价排锯刀头产品，该刀头产品采用的刀头材料由金属粉末、液体石蜡和金刚石混合后烧结而成，所述金属粉末(按重量份数计)由以下粉末原料组成：钴35-45份、铁25-35份、铜25-35份、镍1-5份、La0.8份，所述液体石蜡1-1.2份，所述金刚石占刀头材料的体积比为30％，所述金刚石是按照刀头材料体积百分比添加；
进一步的，所述刀头材料(按重量份数计)由以下原料组成：钴35-45份、铁25-35份、铜25-35份、镍1-5份、锡2-8份、La0.8份、液体石蜡1-1.2份、体积比为30％的金刚石，所述金刚石是按照刀头材料体积百分比添加；
进一步的，所述刀头材料(按重量份数计)由以下原料组成：钴33份、铜29份、铁29.8份、镍1.8份、锡5.6份、La0.8份、液体石蜡1.2份、金刚石1.58份；
而具体到本实施例中，取铁粉2.98公斤，钴粉3.3公斤，铜粉2.9公斤，镍粉0.18公斤，锡粉0.56公斤，稀土元素La0.08公斤；液体石蜡0.12公斤，金刚石0.158公斤；
本发明低价排锯刀头产品的制备方法如下：
S1、刀头设计：设计刀头由左刀头1、中间刀头2和右刀头3组成，且左刀头1和右刀头3分别设置于中间刀头2两侧，整个刀头一体化成型；其中左刀头1和右刀头3原料中金刚石集中度比中间刀头2中的金刚石集中度高0.8，能够增加刀头两侧的耐磨性；
S2、原料混配：按配比称取金属粉末原料，各金属原料均为200-400目的粉末，采用混料筒将各原料混配均匀，混合时间为60分钟；
S3、金刚石和液体石蜡添加：将30-50目的金刚石按照体积百分比添加至步骤S2中的混料筒中，同时加入液体石蜡，将金刚石、液体石蜡与金属粉末混配均匀，混合的时间为20分钟；
S4、刀头计量成型：将上述混合好后的刀头原料进行重量计量，由于每个刀头都包括左刀头1、中间刀头2和右刀头3，所以计量三包料，并按照顺序依次倒入金属成型模具中，然后用冷压机压制成型；
S5、激光焊接：将成型完的刀头依次摆放在石墨盘中，在氢气还原的气氛中，采用激光焊接机进行刀头烧结，刀头烧结温度为880℃，烧结时间为120分钟，常压环境烧结，得到金刚石刀头；
S6、检测金刚石刀头成品的硬度、尺寸合格后(硬度达到HRB90-100合格)，最后按照产品的设计要求进行包装，以方便保存、运输。
分别取上述实施例1-2所制得的刀头进行切割性能检测，并与纯钴基刀头的切割性能进行对比，得到以下数据：
表1、纯钴基、低价排锯产品的金刚石工具的切割性能
Figure BDA0002242063110000071
本发明方法针对现有纯钴基的低价排锯产品价格高、钴粉采购困难引起的交货期无法保证的问题进行了低价产品开发，采用以铁、钴、铜混合基材料保证刀头的寿命和烧结性能，刀头原料中所添加镍和锡粉弥散的分布于胎体之中，保证刀头切割的锋利度；本发明的排锯产品比较纯钴基产品制造成本降低52％，切割锋利度和寿命持平。
实施例3：
本发明在刀头材料中添加适量的稀土元素是基于反复试验得出的。研究表明，含La的空白胎体试样和对应的加入金刚石的胎体试样都比不含La的胎体试样抗弯强度高一些。含La的空白胎体比不含La的空白胎体平均三点抗弯强度大约高出120MPa左右。含La的金刚石胎体试样比不含La的平均三点抗弯强度大约高出80MPa左右。具体见图2和3。
从化学方面来说，加入La的胎体强度提高也是有原因的：
1)La元素的强还原性。La是非常活泼的稀土金属，很容易和O、S等杂质元素发生氧化还原反应，反应后的La氧化物和硫化物等颗粒比较小，对烧结过程中的扩散和交换阻碍较小，有效地降低了杂质元素对胎体的性能影响；
2)La元素的快速吸附作用。在烧结过程中，La元素更加容易与周围的O、N、S等杂质发生反应，有效地阻止了这些杂质元素和金属元素的反应，避免烧结过程中产生金属硫化物、氧化物等杂质，使烧结所需的活化能在无压条件下可达成，缩短了烧结过程所需时间，亦降低了烧结过程所需的温度和实现无压烧结。
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低价排锯刀头产品，其特征在于：该刀头产品采用的刀头材料由金属粉末、液体石蜡和金刚石混合后烧结而成，所述金属粉末(按重量份数计)由以下粉末原料组成：钴35-45份、铁25-35份、铜25-35份、镍1-5份、La0.8份，所述液体石蜡1-1.2份，所述金刚石占刀头材料的体积比为30％，所述金刚石是按照刀头材料体积百分比添加。
2.根据权利要求1所述的一种低价排锯刀头产品，其特征在于：所述刀头材料(按重量份数计)由以下原料组成：钴35-45份、铁25-35份、铜25-35份、镍1-5份、锡2-8份、La0.8份、液体石蜡1-1.2份、体积比为30％的金刚石，所述金刚石是按照刀头材料体积百分比添加。
3.根据权利要求1所述的一种低价排锯刀头产品，其特征在于：所述刀头材料(按重量份数计)由以下原料组成：钴35份、铜29.2份、铁28份、镍2份、锡5份、La0.8份、液体石蜡1.2份、金刚石1.58份。
4.根据权利要求1所述的一种低价排锯刀头产品，其特征在于：所述刀头材料(按重量份数计)由以下原料组成：钴33份、铜29份、铁29.8份、镍1.8份、锡5.6份、La0.8份、液体石蜡1.2份、金刚石1.58份。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种低价排锯刀头产品，其特征在于：还包括低价排锯刀头产品的制备方法，具体制备步骤如下：
S1、刀头设计：设计刀头由左刀头(1)、中间刀头(2)和右刀头(3)组成，且左刀头(1)和右刀头(3)分别设置于中间刀头(2)两侧，整个刀头一体化成型；其中左刀头(1)和右刀头(3)原料中金刚石集中度比中间刀头(2)中的金刚石集中度高0.8；
S2、原料混配：按配比称取金属粉末原料，采用混料筒将各原料混配均匀；
S3、金刚石和液体石蜡添加：将金刚石按照体积百分比添加至步骤S2中的混料筒中，同时加入液体石蜡，将金刚石、液体石蜡与金属粉末混配均匀；
S4、刀头计量成型：将上述混合好后的刀头原料进行重量计量，由于每个刀头都包括左刀头(1)、中间刀头(2)和右刀头(3)，所以计量三包料，并按照顺序依次倒入金属成型模具中，然后用冷压机压制成型；
S5、激光焊接：将成型完的刀头依次摆放在石墨盘中，在氢气还原的气氛中，采用激光焊接机进行刀头烧结，得到金刚石刀头；
S6、检测金刚石刀头成品的硬度、尺寸合格后，最后按照产品的设计要求进行包装。
6.根据权利要求5所述的一种低价排锯刀头产品的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，各金属原料均为200-400目的粉末，且投入混料筒中混合60分钟。
7.根据权利要求5所述的一种低价排锯刀头产品的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中，金刚石具体为30-50目的粉末，且加入金刚石和液体石蜡后混合的时间为20分钟。
8.根据权利要求5所述的一种低价排锯刀头产品的制备方法，其特征在于：所述步骤S5中，刀头烧结温度为880℃，烧结时间为120分钟，常压环境烧结。
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