CN114905634A - 一种高性能金刚石串珠结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高性能金刚石串珠结构及其制备方法，涉及金刚石串珠领域，包括基体、设置在基体上的胎体，该基体为圆柱状，该胎体套设在基体上，该胎体内均匀分布有金刚石粒；通过对处理过的钎焊粉料与金刚石一起进行造粒处理，并通过自动冷压及冷压成胎体，使得胎体均匀分布有金刚石，实现了金刚石的均匀分布，延长了串珠的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及金刚石串珠领域，具体指的是一种高性能金刚石串珠结构及其制备方法。
背景技术
金刚石串珠绳是集金刚石串珠的高硬度和钢丝绳高柔性为一体的绳锯机加工工具，作为金刚石工具发展过程中的第三代产品，具有刚柔相济的特点，是目前世界上最先进的石材开采设备，被广泛应用于石材开采与加工、钢筋混凝土建筑物的拆除和修整、玻璃等脆硬材料的加工，同时还被应用于海底构件的维修、核电厂的拆除等特殊领域的工作中，具有资源利用率高、环境影响小、加工效率高、施工简单、低噪声、低粉尘、低污染等一系列优点，是其他类型工具难以比拟的。
金刚石串珠绳的串珠主要类型有烧结型、电镀型和钎焊型三种。烧结型串珠具有较高的耐磨性，但金刚石出刃一般，需要通过调整金属成分比例以及金刚石浓度、粒度来调整自锐性，以满足切割需要。与热压烧结串珠相比，电镀金刚石串珠只做工艺相对简单，在胎体上镀覆一层金刚石层，由于金刚石镀层较薄，胎体耐磨性较差，其镀覆金属对金刚石的把持力有限，金刚石容易脱落。同时由于其金刚石一般均为单层，使用寿命较短。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种高性能金刚石串珠结构及其制备方法。
本发明公开一种高性能金刚石串珠结构，包括基体、设置在基体上的胎体，该基体为圆柱状，该胎体套设在基体上，该胎体内均匀分布有金刚石粒。
优选的，该基体采用金属材料制成。
优选的，该胎体表面为下凹的弧形结构。
本发明还公开一种高性能金刚石串珠结构的制备方法：包括如下步骤：
原料选配步骤：选用钎焊粉料CuSnTi、铁粉以及铜锡进行混料；
球磨步骤：将选取的原料放入行星球磨机中进行球磨，得到原料粉末；
造粒步骤：往原料粉末中加入金刚石和造粒剂进行均匀混合造粒；
冷压步骤：将造粒好的原料粉末放入冷压机中进行冷压，形成胎体；
真空烧结步骤：将胎体放在圆柱状的基体上，然后将整体放入烧结炉中烧结成型，形成串珠结构。
优选的，该钎焊粉料CuSnTi的粒度为100~300目，质量配比为70~85%；铁粉的粒度为2000~5000目，质量配比为10~20%；铜锡的粒度为300~500目，质量配比为5~10%。
优选的，球磨步骤中，球料比为2~3:1（重量），料液比为1~1.5:1（重量）。
优选的，球磨步骤中，球磨为正转15~45min，反转15~45min，球磨转速为160~240r/min，时间为12~36h。
优选的，造粒步骤中，造粒的粒子为25~60目；造粒完成后需要将粒子放置在真空干燥箱内干燥1~3h。
优选的，真空烧结步骤中，烧结升温速率为1.0~2.5℃/min，烧结温度为800~950℃，保温时间为20~60min。
优选的，混料采用三维混料机进行混料，混料的时间为60~150min。
通过采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：
1、通过选择合适的钎焊粉料并进行高能球磨，降低粉末对粒度，增加材料的比表面能，并且粉末形貌更加复杂，增加其冷压成型性及烧结型。
2、通过对处理过的钎焊粉料与金刚石一起进行造粒处理，并通过自动冷压及冷压成胎体，使得胎体均匀分布有金刚石，实现了金刚石的均匀分布，延长了串珠的使用寿命。
3、将胎体与基体放置于连续网带炉中烧结，烧结气氛为氨分解剂，制成烧结型钎焊串珠，烧结设备为网贷炉，便于连续批量化生产，同时烧结气氛为还原性氨分解气氛，能够消除高能球磨带来粉体氧化的影响。
附图说明
图1为根据本发明实施例的金刚石串珠结构的结构示意图；
图2为根据本发明实施例的金刚石串珠结构的制备方法流程图。
主要附图标记说明：1基体，2胎体。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
同时，在以下说明中，处于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。
在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶端”、“底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
[根据本发明实施例的金刚石串珠结构]
本发明公开一种高性能金刚石串珠结构，包括基体11、设置在基体1上的胎体22，该基体11为圆柱状，该胎体22套设在基体11上，该胎体22内均匀分布有金刚石粒，使得金刚石粒能够均匀分布，延长了胎体22的使用寿命，避免金刚石单层脱落，该基体11采用金属材料制成，具体可为铁基体1。该胎体2表面为下凹的弧形结构，使得胎体2针对不平整的切割区域能够达到最大的切割接触面积。
[根据本发明实施例的金刚石串珠结构的制备方法]
参照图2，金刚石串珠结构采用如下方法进行制备：步骤如下：
原料选配步骤：选用钎焊粉料CuSnTi、铁粉以及铜锡进行混料；
球磨步骤：将选取的原料放入行星球磨机中进行球磨，得到原料粉末；
造粒步骤：往原料粉末中加入金刚石和造粒剂进行均匀混合造粒；
冷压步骤：将造粒好的原料粉末放入冷压机中进行冷压，形成胎体2；胎体2的外径为5.5~12.0mm，内径为4.0~8.0mm，高度为5.0~7.0mm。
真空烧结步骤：将胎体2放在圆柱状的基体1上，基体1采用A3钢制作，外径为4.0~8.0mm，内径2.5~5.0mm，高度11.0~12.5mm；然后将整体放入烧结炉中烧结成型，形成串珠结构。
具体：采用钎焊粉料CuSnTi，粒度为200目，添加配比为80%，提高胎体22的硬度和耐磨性；超细铁粉，粒度为3000目，添加比例为15%，铁粉可提高胎体22的强度；超细铜锡8515，粒度为500目，添加比例为5%，提高胎体22的耐磨性和耐蚀性。
将上述混合料放置于行星球磨机中进行球磨，球料比（重量）为3:1，料液比（重量）为1:1，所述的球磨为正转30min，反转30min，球磨转速为180r/min，时间为24h，在正转和翻转的作用下，使得混合料能够充分地球磨成粉末状，增加其表面积，提高烧结的活化能。
将球磨后的粉末放在真空干燥箱里干燥，设置温度为80℃，保温时间60min，之后将干燥后的粉末按照金刚石浓度为70%添加金刚石（其粒度组成为35/40#占比60%，40/45#占比25%，45/50%占比15%），同时添加总质量0.5%的造粒剂，将混合料倒入三维混料机，混料时间为120min。
采用自动造粒机进行造粒，造粒时间为15min，造粒的粒子分别用25目和60目进行过筛，筛上物及筛下物均重新造粒，造粒完成后放在真空干燥箱力干燥1~3h。
将造粒好的粉末放到冷压机中进行冷压，胎体2的外径为5.0~12.0mm，内径为3.0~8.0mm；
基体11外径比冷压胎体2小0.04~0.1mm；真空烧结，在室温到450℃的升温速率为2.5℃/min，在450℃保温30min，随后以1.5℃/min升温到750℃，截至以1.0℃/min的升温速率升温到880℃，保温时间为30min，接着随炉冷却到室温。采用球磨、冷压、真空烧结方式来生产钎焊型串珠，不仅解决了目前钎焊生产工艺的涂敷效率低，难以自动化问题，大大提高了钎焊串珠的生产效率，便于实现自动化生产，与此同时还可以形成均匀金刚石钎焊，生产的串珠结构的使用寿命与传统钎焊串珠相比，有了很大的提高，极大地提高了平均每米串珠绳的切割面积，较大幅度提高了能源的利用效率，减少资源的利用，达到节能减排的目的。
实施例1
本实施例中的串珠结构选用钎焊粉料CuSnTi、铁粉以及铜锡进行混料制备而成，且钎焊粉料CuSnTi的粒度为110目，质量配比为70%；铁粉的粒度为2100目，质量配比为11%；铜锡的粒度为310目，质量配比为5%，选用上述钎焊粉料CuSnTi、铁粉以及铜锡进行混料；
球磨步骤：将选取的原料放入行星球磨机中进行球磨，得到原料粉末；
造粒步骤：往原料粉末中加入金刚石和造粒剂进行均匀混合造粒；
冷压步骤：将造粒好的原料粉末放入冷压机中进行冷压，形成胎体2；
真空烧结步骤：将胎体2放在圆柱状的基体1上；然后将整体放入烧结炉中烧结成型，主要放置在焊炉中进行负压烧结，形成串珠结构；
对本实施例的串珠结构进行切割性能测试。在本次测试过程中，主要利用本实施例的串珠结构对大理石、花岗石以及钢材进行切割。
实施例2
本实施例中的串珠结构选用钎焊粉料CuSnTi、铁粉以及铜锡进行混料制备而成，且钎焊粉料CuSnTi的粒度为290目，质量配比为85%；铁粉的粒度为4800目，质量配比为20%；铜锡的粒度为500目，质量配比为10%，选用上述钎焊粉料CuSnTi、铁粉以及铜锡进行混料；
球磨步骤：将选取的原料放入行星球磨机中进行球磨，得到原料粉末；
造粒步骤：往原料粉末中加入金刚石和造粒剂进行均匀混合造粒；
冷压步骤：将造粒好的原料粉末放入冷压机中进行冷压，形成胎体2；
真空烧结步骤：将胎体2放在圆柱状的基体1上；然后将整体放入烧结炉中烧结成型，主要放置在焊炉中进行负压烧结，形成串珠结构；
对本实施例的串珠结构进行切割性能测试。在本次测试过程中，主要利用本实施例的串珠结构对大理石、花岗石以及钢材进行切割。
对比例1
本对比例中的串珠结构选用钎焊粉料CuSnTi，且钎焊粉料CuSnTi的粒度为290目，质量配比为85%；选用上述钎焊粉料CuSnTi、和金刚石进行混料；采用手工涂覆方式将钎焊粉末和金刚石的混合料配上一定量的胶水覆在基体1上，然后在真空烧结机里不加压方式烧结，形成串珠结构。
对本对比例的串珠结构进行切割性能测试。在本次测试过程中，主要利用本对比例的串珠结构对大理石、花岗石以及钢材进行切割。
对比例2
本实施例中的串珠结构选用钎焊粉料CuSnTi、铁粉以及铜锡进行混料制备而成，且钎焊粉料CuSnTi的粒度为250目，质量配比为85%；铁粉的粒度为4200目，质量配比为20%；铜锡的粒度为420目，质量配比为10%，选用上述钎焊粉料CuSnTi、铁粉以及铜锡进行混料；然后冷压形成胎体，最后将胎体和基体放进石墨模具中烧结，烧结中加热加压，形成串珠结构。
对本对比例的串珠结构进行切割性能测试。在本次测试过程中，主要利用本对比例的串珠结构对大理石、花岗石以及钢材进行切割。
以下为实施例1、实施例2以及对比例1中串珠结构切割性能对比表：
从上述表格可以看出对比1中因为没有添加铁粉以及铜锡进行混料，且在串珠制作过程中，是通过胶水将覆在基体1上形成串珠结构，相对于实施例1和实施例2来说，本申请的串珠结构相对于对比例1中的串珠结构使用寿命长，对比例2中原料粉末粒度较大，且没有经过球磨处理，同时在加热过程中加热加压，相对实施例1和实施例2来说，本申请的串珠结构相对于对比例2中的串珠结构切割效率高，本申请的串珠结构结合了对比例1和对比例2中的串珠结构的优点，不仅切割效率高且寿命长。本申请所公开的串珠结构相对于现有的串珠结构，性能得到显著的提升。
需说明，在上文的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受上面公开的具体实施例的限制。
Claims (10)
1.一种高性能金刚石串珠结构，包括基体、设置在基体上的胎体，其特征在于:该基体为圆柱状，该胎体套设在基体上，该胎体内均匀分布有金刚石粒。
2.根据权利要求1所述的高性能串珠结构，其特征在于：该基体采用金属材料制成。
3.根据权利要求1所述的高性能串珠结构，其特征在于：该胎体表面为下凹的弧形结构。
4.一种根据权利要求1-3任一所述高性能金刚石串珠结构的制备方法：其特征在于：包括如下步骤：
原料选配步骤：选用钎焊粉料CuSnTi、铁粉以及铜锡进行混料；
球磨步骤：将选取的原料放入行星球磨机中进行球磨，得到原料粉末；
造粒步骤：往原料粉末中加入金刚石和造粒剂进行均匀混合造粒；
冷压步骤：将造粒好的原料粉末放入冷压机中进行冷压，形成胎体；
真空烧结步骤：将胎体放在圆柱状的基体上，然后将整体放入烧结炉中烧结成型，形成串珠结构。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：该钎焊粉料CuSnTi的粒度为100~300目，质量配比为70~85%；铁粉的粒度为2000~5000目，质量配比为10~20%；铜锡的粒度为300~500目，质量配比为5~10%。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：球磨步骤中，球料比为2~3:1（重量），料液比为1~1.5:1（重量）。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：球磨步骤中，球磨为正转15~45min，反转15~45min，球磨转速为160~240r/min，时间为12~36h。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：造粒步骤中，造粒的粒子为25~60目；造粒完成后需要将粒子放置在真空干燥箱内干燥1~3h。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：真空烧结步骤中，烧结升温速率为1.0~2.5℃/min，烧结温度为800~950℃，保温时间为20~60min。
10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：混料采用三维混料机进行混料，混料的时间为60~150min。
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