CN112829079B - 一种高锋利型低成本水钻刀头及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高锋利型低成本水钻刀头及其制备方法，该水钻刀头由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，所述金属粉末包括如下重量份数的组分：铁37‑47份，铜20‑30份，锡2‑5份，铁基合金27‑35份，硬脂酸锌0.3‑0.6份；所述金刚石的体积占金属粉末体积的比例为20‑30％。本发明通过添加不同量的含Fe、Cu、Sn以及铁基预合金粉，来保持胎体的硬度HRB、抗弯强度和磨耗比，从而满足水钻刀头的力学性能和耐磨性能，刀头配方中添加了铁基合金，可以减少胎体中合金化不足的缺陷，改善胎体的组织结构，进一步提高胎体的力学性能。本发明制得的水钻刀头切割锋利、寿命适中、成本大幅度降低，适合于钢筋混凝土的快速切割，具有很好的市场应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种水钻刀头，特别涉及一种高锋利型低成本水钻刀头及其制备方法。
背景技术
现有的水钻产品主要分为两大类：一是纯钴基产品，二是铁基产品。薄壁金刚石工程钻头钻进对象大部分为非均质材料,可钻性差别很大。钻切的钢筋混凝土系由金属和多种非金属材料组成的混合物,混凝土中水泥和沙石形成的胶结物是一种脆性材料,其抗拉强度低，钢筋可塑性好,能承受较大变形。钴基产品加工钢筋混凝土产品具有锋利度、寿命适中的优点。
虽然钴基产品切割品质稳定，但是由于国际国内新能源汽车电池行业的迅猛发展，对钴粉的需求急剧增加，钴粉用量急剧上升，钴粉价格也大幅上涨。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，导致切割石材成本升高。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，验证影响供货市场。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种高锋利型低成本水钻刀头及其制备方法，以达到提供一种用于切割钢筋混凝土的切割锋利、寿命适中、成本低的水钻刀头的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种高锋利型低成本水钻刀头，由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，所述金属粉末包括如下重量份数的组分：铁37-47份，铜20-30份，锡2-5份，铁基合金27-35份，硬脂酸锌0.3-0.6份；所述金刚石的体积占金属粉末体积的比例为20-30％。
上述方案中，所述铁基合金由80％重量的铁，10％重量的镍和2-8％重量的铜和2-8％重量的锌组成。
优选地，所述铁基合金由80％重量的铁，10％重量的镍和5％重量的铜和5％重量的锌组成。
进一步的技术方案中，所述铁基合金通过雾化法制备得到。
上述方案中，所述金刚石规格为30-45目。
优选地，所述水钻刀头由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，所述金属粉末包括如下重量份数的组分：铁37份，铜30份，锡2份，铁基合金35份，硬脂酸锌0.6份；所述金刚石的体积占金属粉末体积的比例为30％。
优选地，所述水钻刀头由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，所述金属粉末包括如下重量份数的组分：铁47份，铜20份，锡5份，铁基合金27份，硬脂酸锌0.3份；所述金刚石的体积占金属粉末体积的比例为20％。
优选地，所述水钻刀头由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，所述金属粉末包括如下重量份数的组分：铁40份，铜25份，锡4份，铁基合金30份，硬脂酸锌0.5份；所述金刚石的体积占金属粉末体积的比例为25％。
一种高锋利型低成本水钻刀头的制备方法，包括如下步骤：
(1)金刚石首先用石蜡涂抹，然后称取铁、铜、锡、铁基合金粉末，与金刚石混合，使得金刚石表面包裹上述金属粉末；
(2)向上述粉末中添加硬脂酸锌粉末，混配均匀；
(3)将上述混合好后的刀头原料倒入成型模具中，刀头朝下，然后用冷压机压制；
(4)将成型完的刀头摆放在石墨模具中，在真空的气氛中，进行刀头烧结，制备完成。
上述方案中，烧结温度为860℃，压力为250kg/cm2，烧结15分钟。
通过上述技术方案，本发明提供的具有如下有益效果：
1、本发明刀头所采用的铁、铜混合基材料配方，同时添加锡粉以及铁基合金，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。
2、本发明的刀头采用铁基原料，成本低廉，约为钴粉的1/40。铁有双重作用，一是与金刚石形成渗碳体型碳化物，二是与其他元素合金化，强化胎体。
3、刀头原料中所添加锡粉弥散的分布于胎体之中，保证刀头切割的锋利度。
4、本发明添加的硬脂酸锌作为润滑剂，可以确保压制毛坯的密度均匀性。
5、本发明刀头胎体粘结成分以铁基合金为主,能很好地润湿碳化物和金刚石，并且均匀散布在碳化物颗粒表面；具有优良的机械性能，以保证粘结金属连接的薄膜能承受碳化物颗粒传给的应力。
6、从化学方面来说，加入铁基合金也会提高胎体强度，理由如下：
通过预合金化方法可制备具有组织均匀、熔点低、易烧结、对金刚石具有良好的润湿与粘结性能的预合金化粉末金属粉末。
铁基合金通过雾化法制取，铁铜在高温下固溶，在常温下因铁的原子排列方式改变，使得铜又从铁晶体中析出，这种方式造出的合金可以看做是一种复合材料，强度远远大于铁、铜单质混合在一起做出的烧结产品强度。
铁基合金有利于防止金属结合剂制品在烧结过程中低熔点金属过早流失与偏析，提高烧结制品的致密性、均匀性、弹性极限和屈服强度，增强对金刚石的把持力。
铁基合金适度刻蚀金刚石可增大结合剂与金刚石间的结合力。铁基合金在胎体中可以起到主体框架的作用，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，由此在切钢筋混凝土时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。
铁基预合金粉末具有优良的烧结性能,是现在普遍采用的元素混合粉末所不具备的,可降低烧结温度,在宽的温度范围内胎体的烧结硬度非常高；还能减少金刚石的热损伤,提高工具胎体金刚石把持力,最终提高工具寿命和效率；可以广泛应用于激光焊接锯片,解决激光锯片胎体材料调节范围窄的缺点。
7、本发明的水钻产品比较纯钴基产品制造成本降低85％，切割锋利度更高和寿命适中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例所公开的一种高锋利型低成本水钻刀头示意图。
图中，1、水钻刀头。
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。
本发明提供了一种高锋利型低成本水钻刀头及其制备方法，具体实施例如下：
实施例1
一种高锋利型低成本水钻刀头，由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，金属粉末包括如下重量份数的组分：铁37公斤，铜30公斤，锡2公斤，铁基合金35公斤，硬脂酸锌0.6公斤；金刚石的体积占金属粉末体积的比例为30％，金刚石规格为30目。
铁基合金由80％重量的铁，10％重量的镍和5％重量的铜和5％重量的锌组成，且通过雾化法制备得到。
实施例2
一种高锋利型低成本水钻刀头，由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，金属粉末包括如下重量份数的组分：铁47公斤，铜20公斤，锡5公斤，铁基合金27公斤，硬脂酸锌0.3公斤；金刚石的体积占金属粉末体积的比例为20％，金刚石规格为45目。
铁基合金由80％重量的铁，10％重量的镍和2％重量的铜和8％重量的锌组成，且通过雾化法制备得到。
实施例3
一种高锋利型低成本水钻刀头，由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，金属粉末包括如下重量份数的组分：铁40公斤，铜25公斤，锡4公斤，铁基合金30公斤，硬脂酸锌0.5公斤；金刚石的体积占金属粉末体积的比例为25％，金刚石规格为40目。
铁基合金由80％重量的铁，10％重量的镍和8％重量的铜和2％重量的锌组成，且通过雾化法制备得到。
对比例1
一种高锋利型低成本水钻刀头，由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，金属粉末包括如下重量份数的组分：铁65公斤，铜31.75公斤，锡2公斤，镍3.5公斤，锌1.75公斤，硬脂酸锌0.6公斤；金刚石的体积占金属粉末体积的比例为30％，金刚石规格为30目。
对比例2
一种高锋利型低成本水钻刀头，由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，金属粉末包括如下重量份数的组分：铁37公斤，铜30公斤，铁基合金35公斤，硬脂酸锌0.6公斤；金刚石的体积占金属粉末体积的比例为30％，金刚石规格为30目。
铁基合金由80％重量的铁，10％重量的镍和5％重量的铜和5％重量的锌组成，且通过雾化法制备得到。
对比例3
一种高锋利型低成本水钻刀头，由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，金属粉末包括如下重量份数的组分：铁37公斤，铜30公斤，锡2公斤，铁基合金35公斤，硬脂酸锌0.6公斤；金刚石的体积占金属粉末体积的比例为35％，金刚石规格为30目。
铁基合金由80％重量的铁，10％重量的镍和5％重量的铜和5％重量的锌组成，且通过雾化法制备得到。
对比例4
一种高锋利型低成本水钻刀头，由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，金属粉末包括如下重量份数的组分：铁50公斤，铜30公斤，锡2公斤，铁基合金35公斤，硬脂酸锌0.6公斤；金刚石的体积占金属粉末体积的比例为30％，金刚石规格为30目。
铁基合金由80％重量的铁，10％重量的镍和5％重量的铜和5％重量的锌组成，且通过雾化法制备得到。
对比例5
一种高锋利型低成本水钻刀头，由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，金属粉末包括如下重量份数的组分：铁35公斤，铜30公斤，锡2公斤，铁基合金35公斤，硬脂酸锌0.6公斤；金刚石的体积占金属粉末体积的比例为30％，金刚石规格为30目。
铁基合金由80％重量的铁，10％重量的镍和5％重量的铜和5％重量的锌组成，且通过雾化法制备得到。
对比例6
一种高锋利型低成本水钻刀头，由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，金属粉末包括如下重量份数的组分：铁37公斤，铜35公斤，锡2公斤，铁基合金35公斤，硬脂酸锌0.6公斤；金刚石的体积占金属粉末体积的比例为30％，金刚石规格为30目。
铁基合金由80％重量的铁，10％重量的镍和5％重量的铜和5％重量的锌组成，且通过雾化法制备得到。
对比例7
一种高锋利型低成本水钻刀头，由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，金属粉末包括如下重量份数的组分：铁37公斤，铜16公斤，锡2公斤，铁基合金35公斤，硬脂酸锌0.6公斤；金刚石的体积占金属粉末体积的比例为30％，金刚石规格为30目。
铁基合金由80％重量的铁，10％重量的镍和5％重量的铜和5％重量的锌组成，且通过雾化法制备得到。
对比例8
现有的纯钴基水钻刀头。
将上述实施例1-3及对比例1-7采用如下方法制备：
(1)金刚石首先用石蜡涂抹，然后称取各原料粉末(硬脂酸锌除外)，与金刚石混合，使得金刚石表面包裹上述金属粉末；
(2)向上述粉末中添加硬脂酸锌粉末，混配均匀；
(3)将上述混合好后的刀头原料倒入成型模具中，刀头朝下，刀头设计为“屋顶”形状，屋顶斜面与垂直方向的夹角为45-50°，为了保证屋顶处的压制密度，对成型有方向要求，按照屋顶在下的方向进行成型，然后用冷压机压制；
(4)将成型完的刀头摆放在石墨模具中，在真空的气氛中，进行刀头烧结，烧结温度为860℃，压力为250kg/cm2，烧结15分钟，制备完成，制得的水钻刀头1形状如图1所示。
对上述实施例1-3及对比例1-8制得的水钻刀头进行硬度检查，检查标准按照HRB86-93；检查合格后，按照产品的包装要求进行包装，以方便保存、运输。
将上述产品用来切割钢筋混凝土，切割性能及成本和使用寿命如表1所示。
表1实施例及对比例的切割性能及成本和使用寿命
| 切割速度(inch/min) | 切割寿命(Month) | 价格(％) | |
| 实施例1 | 11 | 15 | 80 |
| 实施例2 | 9 | 14 | 81 |
| 实施例3 | 10.5 | 13 | 82 |
| 对比例1 | 5 | 9 | 83 |
| 对比例2 | 5.6 | 10 | 85 |
| 对比例3 | 6.2 | 10 | 84 |
| 对比例4 | 6.3 | 8.6 | 83 |
| 对比例5 | 5.2 | 8.5 | 85 |
| 对比例6 | 6.5 | 8.6 | 87 |
| 对比例7 | 5.4 | 8.7 | 88 |
| 对比例8 | 10 | 14 | 100 |
由表1可以看出，本发明实施例1-3所制得的水钻刀头切割速度和切割寿命与对比例8的纯钴基水钻刀头相当，但是价格明显低于对比例8的纯钴基水钻刀头。对比例1用金属粉末代替铁基合金制得的水钻刀头切割速度和切割寿命明显低于本发明实施例1-3。对比例2不添加锡制得的水钻刀头的切割速度和切割寿命明显低于本发明实施例1-3。对比例3中金刚石添加量过多时，金属粉末无法包裹金刚石，制得的水钻刀头的切割速度和切割寿命明显低于本发明实施例1-3。对比例4-7中任一组分超出本发明所限定的用量范围时，制得的水钻刀头的切割速度和切割寿命明显低于本发明实施例1-3。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种高锋利型低成本水钻刀头的制备方法，其特征在于，水钻刀头由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，所述金属粉末包括如下重量份数的组分：铁37-47份，铜20-30份，锡2-5份，铁基合金27-35份，硬脂酸锌0.3-0.6份；所述金刚石的体积占金属粉末体积的比例为20-30%；所述铁基合金由80%重量的铁，10%重量的镍和2-8%重量的铜和2-8%重量的锌组成；所述铁基合金通过雾化法制备得到；所述金刚石规格为30-45目；
制备方法包括如下步骤：
（1）金刚石首先用石蜡涂抹，然后称取铁、铜、锡、铁基合金粉末，与金刚石混合，使得金刚石表面包裹上述金属粉末；
（2）向上述粉末中添加硬脂酸锌粉末，混配均匀；
（3）将上述混合好后的刀头原料倒入成型模具中，刀头朝下，然后用冷压机压制；
（4）将成型完的刀头摆放在石墨模具中，在真空的气氛中，进行刀头烧结，烧结温度为860℃，压力为250kg/cm²，烧结15分钟，制备完成。
2.根据权利要求1所述的一种高锋利型低成本水钻刀头的制备方法，其特征在于，所述铁基合金由80%重量的铁，10%重量的镍和5%重量的铜和5%重量的锌组成。
3.根据权利要求1所述的一种高锋利型低成本水钻刀头的制备方法，其特征在于，所述金属粉末包括如下重量份数的组分：铁37份，铜30份，锡2份，铁基合金35份，硬脂酸锌0.6份；所述金刚石的体积占金属粉末体积的比例为30%。
4.根据权利要求1所述的一种高锋利型低成本水钻刀头的制备方法，其特征在于，所述金属粉末包括如下重量份数的组分：铁47份，铜20份，锡5份，铁基合金27份，硬脂酸锌0.3份；所述金刚石的体积占金属粉末体积的比例为20%。
5.根据权利要求1所述的一种高锋利型低成本水钻刀头的制备方法，其特征在于，所述金属粉末包括如下重量份数的组分：铁40份，铜25份，锡4份，铁基合金30份，硬脂酸锌0.5份；所述金刚石的体积占金属粉末体积的比例为25%。
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