CN116352089A - 一种新型工艺串珠的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型工艺串珠的制备方法，包括以下步骤：根据串珠的规格和数量计算所需重量，根据相应配比添加无压烧结专用粉末以及超细铁粉、WC粉等，将配好的粉末放入三维混料机中进行混料，然后加入金刚石和造粒剂，再次进行混料；混好料后将混合料倒入造粒机中进行造粒；将造粒的粉料采用自动压机进行冷压；将串珠套入基体一起放入真空炉中进行烧结，得到新型工艺珠串。本发明不仅生产工序简单、效率高、成本低，而且采用该方法生产的串珠还具有自锐性好，锯切效率高，金刚石把持力高，综合性能优异等优点。

Description

一种新型工艺串珠的制备方法
技术领域
本发明涉及金刚石工具串珠加工领域，具体的说涉及一种新型工艺串珠的制备方法。
背景技术
串珠绳由于具有成材率高、加工质量好、不易损坏荒料以及生产效率高等优点，以及切开采过程中少有污染，目前已成为石材开采和板材加工必不可少的工具。随着金刚石串珠绳锯生产厂家的不断增多，竞争激烈，串珠绳的价格不断降低，以及组合绳锯不断向小直径串珠发展，传统热压烧结串珠面临着生产成本高、生产工艺繁琐、小直径串珠生产效率低以及大理石串珠自锐性差等一系列问题。
采用无压烧结不仅生产过程简单化，同时降低冷压成本及烧结成本，并且由于不需要热压石墨模具，因此便于串珠的小直径化，然而目前不加压烧结工艺主要还是面临下列三个问题：
1)先进行串珠环烧结，再采用钎焊方式将串珠环与铁基体焊接在一起，生产工序复杂，生产成本高；
2)将串珠环冷压坯与铁基体一起烧结，但存在着开裂率高，生产成本仍然无法降低问题；
3)常规自由烧结过程中未受到额外的压力，因此串珠对金刚石的结合强度低，切割过程中金刚石易脱落，串珠绳寿命短，性价比低。
因此，提供一种不加压烧结的新型工艺串珠的制备方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种采用新型生产工艺串珠的方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种新型工艺串珠的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：根据所需生产串珠的规格和数量计算所需粉末，并按照专用无压烧结粉末为65～80％、超细铁粉10～30％、WC 5～15％的质量百分配料；本发明中添加超细铁粉和WC是为了调整胎体的硬度和耐磨性，以使串珠具有更好的通用性；
(2)混料：将烧结后的无压烧结粉末放入三维混料机中进行混料，然后加入金刚石和造粒剂，再次进行混料；
(3)造粒：混好料后将混合料倒入造粒机中进行造粒；
(4)冷压：将造粒的粉料采用自动压机进行冷压，得到串珠；
(5)烧结：将串珠套入基体一起放入真空炉中进行烧结，得到新型工艺珠串。
进一步，步骤(1)中所述专用无压烧结粉末组成包括以下重量百分比成分：Fe 76～77％，Cu 12～13％，Ni 7～8％，P 1.8～2.2％，V0.9～1.2％。
采用上述进一步方案的有益效果在于：上述粉末中铁的性质与钴接近，并且价格低廉，与金刚石的附着力还比钴高，其具有其他结合剂无法比拟的经济性，因此专用粉末以铁为主，同时由于铁基的烧结温度较窄，自锐性不足，因此通过试验确定最佳添加配比为10～15％的铜。另外由于铁和铜基本不互溶，添加了Ni作为桥接以及改善胎体的性能。P的添加起到促进烧结的作用，并且P与Fe形成的合金，脆性较大，能够很好的改善胎体的自锐性，提高产品的锋利度。V为强碳化物形成元素，可与金刚石发生界面反应生成VC，富集于金刚石表面，同时还能够通过固溶强化显著提升胎体的硬度以及胎体对金刚石的把持力，提高胎体的寿命。因此基于理论及大量的试验数据确定了Fe、Cu、Ni、P、V的最佳的配比，确保胎体对金刚石具有足够的把持力，以保证金刚石工具的寿命，同时胎体还具有与金刚石同步磨损的性能，使其制备的工具兼顾优良的效率。
更进一步，步骤(1)中所述烧结方法为：将称取的专用无压烧结粉末采用水汽联合雾化法烧结生产，选取粒度为2000～3000目的粉末，将粉末在空气中600～700℃烧结保温2h，然后通入氮气，替换炉内空气，通入H2或者氨分解气(N2+H2)使粉末在还原性气氛下继续烧结1h。
采用上述进一步方案的有益效果在于：上述方案的粉末的冷压造粒性能够得到较好的提高，上述烧结方法使氧分子结合处，露出新键，进一步加强了烧结的活性，同时，还原之后的粉末，冷压造粒性也进一步得到提高。采用粒度为2000～3000目的粉末，比表面积大，粉末的活性高，自由烧结时的驱动力大，烧结的致密度高。
进一步，步骤(2)金刚石粒度为35#～60#，添加比为粉末重量的2～3.5％；加入丙烯酸树脂造粒剂，添加量为粉末总质量的2～5％。
进一步，步骤(3)中所述造粒方法为：将混合料倒入造粒机中，造粒机的转速设定800～1500r/min，造粒时间为2～15min，造粒完成之后过30目和80目筛网，将30目筛网筛上物和80目筛网筛下物重新造粒。
采用上述进一步方案的有益效果在于：上述条件下进行造粒，可以使造出来的颗粒，粒度范围区间窄，粒度均匀性好，同时颗粒的强度高，不容易破碎。另外，30到80目的粉末进行冷压，该区间粉末颗粒冷压流动性好，冷压重量稳定，压坯强度高。
进一步，步骤(4)中所述冷压采用定容法进行自动冷压，通过调整冲头和型腔的相对位置控制冷压重量，造粒的粉料从冷压机进入至型腔里，粉料刮平后一次同时冷压4～16个串珠，冷压高度为6～9mm，压力为300～600MPa，保压时间为2～3s。
采用上述进一步方案的有益效果在于：本发明的上述方案中由于每个型腔的体积一样，造粒粉末的松装密度稳定，每个串珠的重量具有较高的一致性，一次可以同时冷压4～16个串珠，具有很高的压制效率。另外，由于冷压压力越高，粉末的致密度越高，同时金刚石和冷压模具受到的压强也越大，金刚石的强度和冷压模具寿命均受到影响，因此通过综合对比测试，300～600MPa是最佳的冷压压力，而压力确定，烧结后的收缩率也是确定的，因此根据烧结后的尺寸要求，以将粉末高度控制在6～9mm，同时保压2～3s可以确定尺寸到位，并且避免冷压过程中的脱层及开裂。
进一步，步骤(5)中所述基体为铁基体，所述铁基体的外径为5～8mm，冷压后串珠内径比铁基体的外径大0.01～0.04mm。
采用上述进一步方案的有益效果在于：由于串珠内径尺寸是一个非常重要的参数，直接决定烧结后产品的合格率，并且整个尺寸与压制力和胎体的粉末配比及元素比例直接相关，需要综合考虑粉末的粒度、不同元素的特性以及冷压的致密度，通过分析对比，使用专用的无压烧结粉末，在冷压压力300～600MPa，保压2～3s，串珠内径比铁基体大0.01～0.04mm可以使串珠胎体与铁基体具有很有的结合强度，与此同时产品不会开裂、分层，串珠外径尺寸均一性好。
更进一步，步骤(5)中烧结方法为：将串珠套入铁基体，放置于陶瓷盘上，然后放入真空烧结机内烧结；
烧结温度为25～450℃为常压烧结，升温速率为3～5℃/min，在450℃保温30min后开始抽真空，真空度保持在1×10-3～10-2MPa，然后升温，450℃～800℃过程中升温速率为1.5～3℃/min，800℃到最终烧结温度升温速率为0.5～1℃/min，最终烧结温度为810～950℃，最终烧结温度下保温时间为1h，随后以3～5℃/min的速率降温到600℃，再随炉自然冷却到室温。
在本发明采用的上述真空度下烧结，可以促进粉末的合金化，并且有利于气体的排除，避免烧结后由于胎体内部还存孔隙而影响致密度。同时考虑升温速率对生产效率的影响以及产品内外部温度均匀性的要求，800℃到最终烧结温度设定升温速率为0.5～1℃/min，其能满足这个阶段粉末合金化过程以及相应金属相变所对应的能量需求和扩散时间要求。而设定最终烧结温度为810～950℃，保温时间为1h，可使胎体对金刚石有着一定的化学键类结合，从而提高胎体对金刚石的把持力；随后以3～5℃降温到600℃，可避免降温速度过快而使串珠表面形成一层硬脆化合物影响产品使用。
本发明的有益效果在于：
1)本发明直接采用串珠与基体一起烧结，解决了先烧结后焊接生产工序多，生产成本高问题；
2)本发明采用了专用无压烧结粉末，并且针对粉末成分及粉末性能要求，采用特殊的生产工艺，制定了对应了烧结方法，以满足金属相变时能量要求，并且严格控制冷压后的串珠内径，解决了串珠开裂高，废品率居高不下问题，能够将废品率控制在1％以内；
3)通过研究不加压生产过程中粉末收缩的驱动力问题，添加了促进烧结的P元素，烧结后的致密度高，并添加了强碳化物形成V，有力的促进了胎体与金刚石的结合强度，切割过程中金刚石不易脱落，并且具有较好的出刃高度，串珠绳的自锐性好，切割效率高，很好的解决了常规自由烧结的金刚石易脱落、串珠绳寿命短等问题。
附图说明
图1为本发明提供的新型工艺串珠制备流程图；
图2为本发明提供的冷压模具结构示意图；
图3为本发明提供的常规无压烧结和采用本发明新型工艺制备的串珠绳分别切割一个120m2的花岗石之后串珠表面的金刚石状态图，其中，图3a为常规无压烧结串珠绳，图3b为本发明新型工艺制备的串珠绳。
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
一种新型工艺串珠的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)无压烧结专用粉末的制取：选取专用无压烧结粉末，其组成为Fe76.5％，Cu12.5％，Ni 8％，P 2％，V 1％，该专用无压烧结粉末是采用水汽联合雾化法烧结生产，选取粒度为2000～3000目的粉末，将粉末在空气中750℃烧结保温2h，然后通入氮气替换炉内空气，再通入H2或者氨分解气使粉末在还原性气氛下继续烧结1h；
(2)配料：根据所需生产串珠的规格和数量计算所需粉末，专用无压烧结粉末的百分比为70％，并添加超细铁粉25％，WC 5％，该配比金烧结的串珠硬度适中，具有较好的锋利度；
(3)混料：将无压烧结粉末、超细铁粉、WC、放入三维混料机中进行混料，然后加入2％金刚石和5％造粒剂，再次进行混料；
(4)造粒：将混合料倒入造粒机中，造粒剂的添加量为混合料质量的2.5％，造粒机的转速设定1000r/min，造粒时间为10min，造粒完成之后过30目和80目筛网，将30目筛网筛上物和80目筛网筛下物重新造粒；
(5)冷压：采用定容法进行自动冷压，通过调整冲头和型腔的相对位置控制冷压重量，造粒的粉料从冷压机进入至型腔里，粉料刮平后一次同时冷压9个串珠，冷压高度为8mm，压力为300MPa，保压时间为2s；
(6)烧结：将串珠套入铁基体，放置于陶瓷盘上，然后放入真空烧结机内烧结；铁基体的外径为7mm，冷压后串珠内径比铁基体的外径大0.03mm；烧结温度为25～450℃为常压烧结，升温速率为5℃/min，在450℃保温30min后开始抽真空，真空度保持在5×10-2MPa，然后升温，450℃～800℃过程中升温速率为3℃/min，800℃到最终烧结温度升温速率为1℃/min，最终烧结温度为900℃，最终烧结温度下保温时间为1h，随后以5℃/min的速率降温到600℃，再随炉自然冷却到室温。
图3分别为常规无压烧结以及本发明实施例1采用新型工艺制备的串珠绳分别切割一个约120m2的花岗石之后串珠表面的金刚石状态。由图3a可以看出，常规无压烧结串珠绳由于胎体对金刚石的把持力不够，金刚石出现大面积的脱落情况，同时金刚石的出刃高度低，因此切割效率也不高，图3b采用新型工艺制备的串珠绳，由于胎体对金刚石的把持力很高，因此金刚石的脱落很少，金刚石的失效形式更多的还是串珠前端由于受到的冲击力较大，以破碎为主，同时金刚石的出刃高度较高，串珠绳的锋利度好。
表1分别为常规无压烧结以及实施例1采用新型工艺制备的串珠绳的切割效率及寿命。
表1常规工艺和新型工艺串珠绳的切割数据
Figure BDA0004163187600000081
由表1不难发现，采用新型工艺制备的串珠绳，由于采用专门针对不加压烧结开发的专用粉末，并配上特殊的烧结工艺，串珠胎体对金刚石的把持力要好很多，金刚石不易脱落，因此寿命要长很多，同时由于金刚石的出露高度高，因此平均效率也要比常规无压烧结高不少。
实施例2
(1)无压烧结专用粉末的制取：选取专用无压烧结粉末，其组成为Fe77％，Cu13％，Ni 7％，P 1.9％，V 1.1％，该专用无压烧结粉末是采用水汽联合雾化法烧结生产，选取粒度为2000～3000目的粉末，将粉末在空气中750℃烧结保温2h，然后通入氮气替换炉内空气，再通入H2或者氨分解气使粉末在还原性气氛下继续烧结1h；
(2)配料：根据所需生产串珠的规格和数量计算所需粉末，专用无压烧结粉末的百分比为75％，并添加超细铁粉10％，WC 15％，该配方粉末硬度较高，耐磨性很好，具有优良的使用寿命；
(3)混料：将烧结后的无压烧结粉末放入三维混料机中进行混料，然后加入3％金刚石和3％造粒剂，再次进行混料；
(4)造粒：将混合料倒入造粒机中，造粒剂的添加量为混合料质量的5％，造粒机的转速设定800r/min，造粒时间为15min，造粒完成之后过30目和80目筛网，将30目筛网筛上物和80目筛网筛下物重新造粒；
(5)冷压：采用定容法进行自动冷压，通过调整冲头和型腔的相对位置控制冷压重量，造粒的粉料从冷压机进入至型腔里，粉料刮平后一次同时冷压16个串珠，冷压高度为6mm，压力为600MPa，保压时间为2s；
(6)烧结：将串珠套入铁基体，放置于陶瓷盘上，然后放入真空烧结机内烧结；铁基体的外径为8mm，冷压后串珠内径比铁基体的外径大0.01mm；烧结温度为25～450℃为常压烧结，升温速率为3℃/min，在450℃保温30min后开始抽真空，真空度保持在1×10-3MPa，然后升温，450℃～800℃过程中升温速率为1.5℃/min，800℃到最终烧结温度升温速率为0.5℃/min，最终烧结温度为810℃，最终烧结温度下保温时间为1h，随后以3℃/min的速率降温到600℃，再随炉自然冷却到室温。
实施例3
一种新型工艺珠串的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)无压烧结专用粉末的制取：选取专用无压烧结粉末，其组成为Fe76％，Cu13％，Ni7.7％，P 2.2％，V 1.1％，该专用无压烧结粉末是采用水汽联合雾化法烧结生产，选取粒度为2000～3000目的粉末，将粉末在空气中750℃烧结保温2h，然后通入氮气替换炉内空气，再通入H2或者氨分解气使粉末在还原性气氛下继续烧结1h；
(2)配料：根据所需生产串珠的规格和数量计算所需粉末，专用无压烧结粉末的百分比为70％，并添加超细铁粉20％，WC 10％，该配比生产的串珠，兼顾效率和寿命，具有优良的综合性能；
(2)混料：将烧结后的无压烧结粉末放入三维混料机中进行混料，然后加入3.5％金刚石和2％造粒剂，再次进行混料；
(3)造粒：将混合料倒入造粒机中，造粒剂的添加量为混合料质量的2％，造粒机的转速设定1500r/min，造粒时间为2min，造粒完成之后过30目和80目筛网，将30目筛网筛上物和80目筛网筛下物重新造粒；
(4)冷压：采用定容法进行自动冷压，通过调整冲头和型腔的相对位置控制冷压重量，造粒的粉料从冷压机进入至型腔里，粉料刮平后一次同时冷压4个串珠，冷压高度为9mm，压力为300MPa，保压时间为3s；
(5)烧结：将串珠套入铁基体，放置于陶瓷盘上，然后放入真空烧结机内烧结；铁基体的外径为5mm，冷压后串珠内径比铁基体的外径大0.04mm；烧结温度为25～450℃为常压烧结，升温速率为3℃/min，在450℃保温30min后开始抽真空，真空度保持在1×10-2MPa，然后升温，450℃～800℃过程中升温速率为3℃/min，800℃到最终烧结温度升温速率为1℃/min，最终烧结温度为950℃，最终烧结温度下保温时间为1h，随后以4℃/min的速率降温到600℃，再随炉自然冷却到室温。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种新型工艺串珠的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配料：根据所需生产串珠的规格和数量计算所需粉末，并按照专用无压烧结粉末65～80％、超细铁粉10～30％，WC5～15％的质量百分比配料；
(2)混料：将烧结后的无压烧结粉末放入三维混料机中进行混料，然后加入金刚石和造粒剂，再次进行混料；
(3)造粒：混好料后将混合料倒入造粒机中进行造粒；
(4)冷压：将造粒的粉料采用自动压机进行冷压，得到串珠；
(5)烧结：将串珠套入基体一起放入真空炉中进行烧结，得到新型工艺串珠。
2.根据权利要求1所述一种新型工艺串珠的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述专用无压烧结粉末包括以下重量百分比成分：Fe76～77％，Cu12～13％，Ni7～8％，P1.8～2.2％，V0.9～1.2％。
3.根据权利要求2所述一种新型工艺串珠的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的专用无压烧结粉末是采用水汽联合雾化法烧结生产，选取粒度为2000～3000目的粉末，将粉末在空气中600～700℃烧结保温2h，然后通入氮气替换炉内空气，再通入H2或者氨分解气使粉末在还原性气氛下继续保温1h，制成符合性能要求的无压烧结专用粉末。
4.根据权利要求1所述一种新型工艺串珠的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述金刚石粒度为35#～60#，添加比为粉末质量的2～3.5％，所述造粒剂为丙烯酸树脂，造粒剂的添加量为粉末总质量的2～5％。
5.根据权利要求4所述一种新型工艺串珠的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述造粒方法为：将混合料倒入造粒机中，造粒机的转速设定800～1500r/min，造粒时间为2～15min，造粒完成之后过30目和80目筛网，将30目筛网筛上物和80目筛网筛下物重新造粒。
6.根据权利要求1所述一种新型工艺串珠的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述冷压采用定容法进行自动冷压，通过调整冲头和型腔的相对位置控制冷压重量，造粒的粉料从冷压机进入至型腔里，粉料刮平后一次同时冷压4～16个串珠，冷压高度为6～9mm，压力为300～600MPa，保压时间为2～3s。
7.根据权利要求1所述一种新型工艺串珠的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述基体为铁基体，所述铁基体的外径为5～8mm，冷压后串珠内径比铁基体的外径大0.01～0.04mm。
8.根据权利要求7所述一种新型工艺串珠的制备方法，其特征在于，步骤(5)中烧结方法为：将串珠套入铁基体，放置于陶瓷盘上，然后放入真空烧结机内烧结；烧结温度为25～450℃为常压烧结，升温速率为3～5℃/min，在450℃保温30min后开始抽真空，真空度保持在1×10-3～10-2MPa，然后升温，450℃～800℃过程中升温速率为1.5～3℃/min，800℃到最终烧结温度升温速率为0.5～1℃/min，最终烧结温度为810～950℃，最终烧结温度下保温时间为1h，随后以3～5℃/min的速率降温到600℃，再随炉自然冷却到室温。
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