CN101456216B - 一种激光焊接金刚石圆锯片及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种激光焊接金刚石圆锯片及制备方法，属粉末冶金材料技术领域，用于解决激光焊接金刚石圆锯片切割坚硬石材速度较慢且容易进边问题。刀头材料由下述重量单位的粉末原料组成：铜36-46，铁28-38，钴10-20，镍3-10，锡3-9，硅铬合金1-2.5，液体石蜡1-1.6，金刚石1.0-2.2，硅铬合金中按质量分数含硅40％、含铬30％、其余为铁和少量杂质。本发明采用以铜、铁、钴混合基材料提高锯片的使用寿命和烧结性能，所添加的硅铬合金粉末弥散的分布于胎体之中，有效改善了胎体烧结性能，使胎体能够加快合金化进程，同时提高了胎体自锐性，增强了胎体对金刚石的把持力，提高了锯片的寿命和切割性能，使胎体的磨损性能与金刚石的磨损性能相匹配。
Description
技术领域
本发明涉及一种金刚石刀具及制备方法，特别是用于坚硬石材等建筑材料切割的激光焊接金刚石圆锯片及制备方法，属粉末冶金材料技术领域。
背景技术
金刚石圆锯片在路桥维修、建筑、装修等领域广泛应用，其中激光焊接金刚石圆锯片以其优良的性能逐步代替传统的烧结金刚石圆锯片。由于激光焊接金刚石圆锯片的烧结工艺不同于烧结金刚石圆锯片的烧结工艺，其烧结时间要缩短很多，且激光焊接金刚石圆锯片基体刚度要好于烧结金刚石圆锯片，这就为激光焊接金刚石圆锯片使用寿命的延长提供了条件，同时要求激光焊接金刚石圆锯片配方要有符合其特点的设计思路。目前，从使用效果上来看，传统的烧结金刚石圆锯片在切割石材时进边效果较好，但是切割寿命短，特别是切割硬石材时尤为明显。而现有的焊接金刚石圆锯片存在的问题是：切割石材时切割速度较慢且容易进边，因此需要针对此问题进一步改进配方，优化配比组合，以提供性能更为优良的激光焊接金刚石圆锯片。
发明内容
本发明用于克服已有技术的缺陷而提供一种自锐性好、切割锋利、寿命长、切割进边效果好的用于切割各类石材和钢筋混凝土等建筑材料的激光焊接金刚石圆锯片及制备方法。
本发明所称问题是以下述技术方案解决的：
一种激光焊接金刚石圆锯片，由金刚石刀头和钢制基体焊接而成，其特别之处是：所述金刚石刀头材料由下述重量单位的粉末原料组成：铜36-46，铁28-38，钴10-20，镍3-10，锡3-9，硅铬合金1-2.5，液体石蜡1-1.6，金刚石1.0-2.2，所述硅铬合金中按质量分数含硅40％、含铬30％、其余为铁和少量杂质。
上述激光焊接金刚石圆锯片，所述刀头材料由下述重量单位的粉末原料组成：铜36-42，铁28-34，钴10-16，镍5-9，锡3-6，硅铬合金1.2-2.2，液体石蜡1.1-1.4，金刚石1.2-1.8。
上述激光焊接金刚石圆锯片，所述刀头材料由下述重量单位的粉末原料组成：铜40，铁30，钴15，镍6.5，锡4，硅铬合金1.8，液体石蜡1.2，金刚石1.5。
上述激光焊接金刚石圆锯片制备方法，它包括如下步骤：
a.刀头原料混配：按配比称取刀头粉末原料混配均匀；
b.底层原料配制：选取钴粉为底层材料；
c.刀头烧结成型：将上述混合好后的刀头原料以及底层原料按重量比8.5∶1.5的比例，分别投入石墨模具，放入真空热压烧结炉中烧结成型，烧结温度为850℃-890℃，单位压力1.5-2.5MPa，烧结10-20分钟后得到金刚石刀头；
d.激光焊接：采用激光焊接工艺将上述金刚石刀头焊接在钢制基体外周边缘，即得到金刚石圆锯片；
e.校平调整：将焊好后的金刚石圆锯片进行校平调整；
f.喷漆开刃：锯片表面抛光、喷漆，然后进行刀头开刃处理。
本发明方法针对现有激光焊接金刚石圆锯片切割坚硬石材速度较慢且容易进边的问题进行了改进，采用以铜、铁、钴混合基材料提高刀头使用寿命和烧结性能，刀头原料中所添加的硅铬合金粉末弥散的分布于胎体之中，有效改善了胎体烧结性能，使胎体能够加快合金化进程，起到了活化烧结的作用。同时硅元素的加入提高了胎体自锐性，改善了切割性能，在切割硬石材时发挥作用；另一方面铬元素增强了胎体对金刚石的把持力，在提高锋利度的同时提高了刀头的寿命，由此使胎体的磨损性能与金刚石的磨损性能相匹配，使金刚石锯片具有优良的切割能力。本发明激光焊接金刚石圆锯片具有自锐性好、锋利耐用、切割进边效果好、使用寿命长等特点，且可以根据工况需求干切或湿切两用，可用于切割不同类型的石材和钢筋混凝土等建筑材料。
具体实施方式
本发明刀头所采用的铜、铁、钴混合基材料配方，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，且能够在较低的烧结温度下、较短的烧结时间内合金化，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。
本发明在刀头材料中添加适量的硅铬合金粉末是基于反复试验得出的。研究表明，金刚石刀头在切割石材时往往会因为胎体的磨损速度太慢而造成金刚石锯片切割速度低甚至“打滑”现象。因此适量加入弱化材料，有目的的降低胎体的耐磨性和粘滞性，可以有效地提高金刚石锯片的切割速度。一定量的硅元素加入可对胎体起到弱化作用，降低胎体的耐磨性和粘滞性，提高了切割速度。表1为加入不同量硅元素时，金刚石刀具的切割速度。
表1 不同含量硅元素的对金刚石工具的切割锋利度的影响
| 加入量(wt％) | 0 | 0.2 | 0.4 | 0.6 | 0.8 | 1 | 1.2 | 1.4 |
| 切割速度(m/min) | 3.9 | 4.01 | 4.26 | 4.52 | 5.02 | 5.12 | 5.08 | 5.10 |
从表1中可以看出，加入硅元素后切割速度增快，在含量为1％时速度最快，之后趋于稳定。虽然加入硅元素，可提高金刚石刀具的切割速度，但硅元素在弱化胎体性能的同时也降低了胎体对金刚石的把持力，造成了金刚石在没有完全磨损失效的情况下提前脱落，降低了刀具使用寿命。在金刚石工具行业中常用下式来表征胎体对金刚石把持力的大小。
Q＝(σ1-σ2)/σ1
F＝1-Q
其中Q——抗弯强度下降的相对值，
σ1——胎体的抗弯强度值，
σ2——含金刚石试样的抗弯强度值，
F——金刚石把持力系数，
F为金刚石把持力系数，F值越大表示胎体对金刚石的把持力越高。
表2 不同含量硅元素的对金刚石把持力的影响
| 加入量(wt％) | 0 | 0.2 | 0.4 | 0.6 | 0.8 | 1 | 1.2 | 1.4 |
| F(％) | 85.2 | 85 | 83.1 | 80.6 | 73.6 | 65.8 | 48.3 | 43.6 |
由表2可以看到，随着硅的加入量增加，对金刚石把持力越来越低，当硅含量大于1％时尤为明显。因此在刀头材料中硅元素的添加量应权衡考虑。本发明为达到对胎体进行弱化的同时提高胎体对金刚石的把持力，而达到同时提高金刚石刀头的切割速度和切割寿命目的，在适量添加硅元素的基础上加入一定量的铬，铬元素可以改善铜与金刚石的润湿，并且在正常烧结温度下与金刚石反应生成Cr7C3、Cr3C3型碳化物，这些碳化物能有效增强胎体对金刚石的把持力。本发明刀头原料中的硅元素和铬元素是以硅铬合金粉的形式加入的，其目的可以显著降低成本，防止单质粉末的氧化，更有效的发挥硅和铬的作用。所述硅铬合金粉末可选择市售产品或配制产品，其中，按质量分数含硅40％、含铬30％、其余为铁和少量杂质。通过硅铬合金粉末的加入，一方面由于硅元素的弱化作用提高了锯片的锋利度，另一方面铬元素增强了胎体对金刚石的把持力，在提高锋利度的同时提高了锯片的寿命，这样可使胎体的磨损性能与金刚石的磨损性能相匹配，使金刚石锯片具有优良的切割能力。
表3 加入不同量硅铬合金粉后的金刚石工具的切割性能
| 加入量(wt％) | 0 | 0.5 | 1 | 1.5 | 2 | 2.5 | 3 |
| 切割速度(m/min) | 4 | 4.03 | 4.29 | 4.53 | 4.98 | 5.09 | 5.06 |
| 切割寿命(m/mm) | 540 | 540.2 | 561.3 | 566.5 | 553.2 | 540.7 | 510.1 |
从表3中可以看到，当硅铬合金粉的加入量在1％-2.5％时能明显提高金刚石锯片的切割速度，并且也有好的切割寿命。
以下提供几个具体实施例。按照下述配比称取刀头原料：
实施例1：取铜粉4公斤，铁粉3公斤，钴粉1.5公斤，镍粉0.65公斤，锡粉0.4公斤，硅铬合金粉0.18公斤；液体石蜡0.12公斤，金刚石0.15公斤；
实施例2：取铜粉3.6公斤，铁粉2.8公斤，钴粉1.6公斤，镍粉0.9公斤，锡粉0.3公斤，硅铬合金粉0.12公斤；液体石蜡0.11公斤，金刚石0.12公斤；
实施例3：取铜粉4.2公斤，铁粉3.4公斤，钴粉1公斤，镍粉0.5公斤，锡粉0.6公斤，硅铬合金粉0.22公斤；液体石蜡0.14公斤，金刚石0.18公斤；
实施例4：取铜粉3.6公斤，铁粉3.8公斤，钴粉2公斤，镍粉0.3公斤，锡粉0.3公斤，硅铬合金粉0.1公斤；液体石蜡0.1公斤，金刚石0.1公斤；
实施例5：取铜粉4.6公斤，铁粉2.8公斤，钴粉1公斤，镍粉1公斤，锡粉0.9公斤，硅铬合金粉0.25公斤；液体石蜡0.16公斤，金刚石0.22公斤；
本发明制备方法如下：
将按照上述配比称取200-400目的铜、铁、钴、锡、镍、硅铬合金粉料放入混料筒中混合30分钟，然后加入液体石蜡、30-50目的金刚石继续混合2-3小时；按照重量比刀头原料：底层原料8.5∶1.5的比例称取钴粉作为底层原料使用；将底层原料和混合好后的刀头配方分别投入石墨模具中，具体添加过程为：首先在石墨模具中投入底原粉料，使其均匀的平铺于石墨模具底部，然后均匀投入刀头配方原料，最后将装有粉料的石墨模具组装好；将组装好的模具放入真空热压烧结炉中烧结成型，烧结温度为850℃-890℃，单位压力1.5-2.5MPa烧结10-20分钟后得到金刚石刀头，硬度达到HRB80-100；将烧结得到的金刚石刀头采用激光焊接工艺焊接在钢制基体的外周边缘上，即可得到金刚石圆锯片；对焊好后的金刚石圆锯片进行校平调整；在锯片表面抛光、喷漆，防止锯片生锈；然后进行开刃处理，使金刚石出露；最后按照产品的设计要求进行包装，以方便保存、运输。
Claims (4)
1.一种激光焊接金刚石圆锯片，由金刚石刀头和钢制基体焊接而成，其特征在于：所述金刚石刀头材料由下述重量单位的粉末原料组成：铜36-46，铁28-38，钴10-20，镍3-10，锡3-9，硅铬合金1-2.5，液体石蜡1-1.6，金刚石1.0-2.2，所述硅铬合金中按质量分数含硅40％、含铬30％、其余为铁和少量杂质。
2.根据权利要求1所述的激光焊接金刚石圆锯片，其特征在于：所述刀头材料由下述重量单位的粉末原料组成：铜36-42，铁28-34，钴10-16，镍5-9，锡3-6，硅铬合金1.2-2.2，液体石蜡1.1-1.4，金刚石1.2-1.8。
3.根据权利要求2所述的激光焊接金刚石圆锯片，其特征在于：所述刀头材料由下述重量单位的粉末原料组成：铜40，铁30，钴15，镍6.5，锡4，硅铬合金1.8，液体石蜡1.2，金刚石1.5。
4.根据权利要求1或2或3所述的激光焊接金刚石圆锯片制备方法，其特征在于，它包括如下步骤：
a.刀头原料混配：按配比称取刀头粉末原料混配均匀；
b.底层原料配制：选取钴粉为底层材料；
c.刀头烧结成型：将上述混合好后的刀头原料以及底层原料按重量比8.5∶1.5的比例，分别投入石墨模具，具体添加过程为：首先在石墨模具中投入底层原料，使其均匀的平铺于石墨模具底部，然后均匀投入刀头原料，最后将装有粉料的石墨模具组装好；放入真空热压烧结炉中烧结成型，烧结温度为850℃-890℃，单位压力1.5-2.5MPa，烧结10-20分钟后得到金刚石刀头；
d.激光焊接：采用激光焊接工艺将上述金刚石刀头焊接在钢制基体外周边缘，即得到金刚石圆锯片；
e.校平调整：将焊好后的金刚石圆锯片进行校平调整；
f.喷漆开刃：锯片表面抛光、喷漆，然后进行刀头开刃处理。
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