CN104592938A - 一种金刚石磨粒表面结合剂的梯度合金化造粒方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了金刚石磨粒表面结合剂的梯度合金化造粒方法。表面设有梯度的合金化结合剂层的金刚石磨粒，包括金刚石粒，金刚石粒表面依次设有内层结合剂、中间层结合剂、外层结合剂；碳化物形成元素在结合剂中的含量由内至外逐层递减。金刚石磨粒表面结合剂的梯度合金化造粒装置，其用于制备所述的金刚石磨粒；包括滚筒、供浆喷头、供粉喷头、超声搅拌器。金刚石磨粒表面结合剂的梯度合金化造粒方法，利用至少三套上述装置，包括步骤：a、金刚石粒表面包裹内层结合剂；b、金刚石粒表面包裹中间层结合剂；c、金刚石粒表面包裹外层结合剂。本发明制备的磨粒具有较好的性能，且制备方法效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种金刚石磨粒表面结合剂的梯度合金化造粒方法。
背景技术
近年来在金刚石工具的生产过程中，造粒技术的出现改善了粉料的流动性，减少了金刚石和粉末的偏析和富集，保障了制造工艺的精度和效率，不同配方和要求的造粒工艺被越来越多的应用。
在对金刚石的制品要求中，我们希望提高对金刚石磨粒把持力的同时具有较好的出韧空间。而现有技术往往是采用对金刚石磨粒表面处理技术，如镀钛、镀镍等来提高磨料把持力，但忽略了经过处理后的金刚石与金属胎体间的结合，效果不明显。由于金刚石磨粒稳定的化学性能，我们希望在造粒后磨粒表明覆盖一层含碳化物形成粉末元素如Ti、Cr、V、Fe、W等的青铜基、镍基、钴基、铁基预合金粉末的其中一种，提高磨粒把持度和润湿性。在磨粒包裹外层，可以使用青铜基、镍基、钴基等其它体系预合金粉末，可以使金刚石磨粒间形成较高的出刃空间。而传统的造粒方法和工艺，由于不同元素金属粉末比重不同和一次成型的技术问题，不能满足我们对造粒微丸不同层次金属元素含量的要求，造成不必要的浪费和降低制品质量。
在美国专利3316073和CN1033589A中都提到了一种在滚动磨料上包裹金属粉末制成微型球丸来达到使磨料颗粒均匀分布在胎体中的方法，利用这种方法的金刚石工具制品均匀性和稳定性更高。专利CN 101695802 A中提供了一种在造粒中先在金刚石磨粒上包裹一层碳化物形成元素后再包裹一层结构型金属粉末的磨粒二次包裹方法，这都提供了很好的借鉴。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金刚石磨粒表面结合剂的梯度合金化造粒方法。
本发明所采取的技术方案是：
表面设有梯度的合金化结合剂层的金刚石磨粒，包括金刚石粒，金刚石粒表面依次设有内层结合剂、中间层结合剂、外层结合剂；碳化物形成元素在结合剂中的含量由内至外逐层递减。
所述的内层结合剂的厚度为200-500μm，所述的内层结合剂中，碳化物形成元素所占的质量百分比为3-5%。
所述的中间层结合剂的厚度为300-500μm，所述的中间层结合剂中，碳化物形成元素所占的质量百分比为1-3%。
所述的外层结合剂的厚度为500-1000μm。
制成内层结合剂的原料包括：含3-5wt%的碳化物形成元素的合金粉末；制成中间层结合剂的原料包括：含1-3wt%的碳化物形成元素的合金粉末；制成外层结合剂的原料包括合金粉末。
金刚石磨粒表面结合剂的梯度合金化造粒装置，其用于制备上述金刚石磨粒，包括滚筒、供浆喷头、供粉喷头、超声搅拌器；
其中，供浆喷头设置在滚筒内，用于提供功能添加剂到滚筒内；所述的功能添加剂为稀释剂、粘合剂、润湿剂中的至少一种；
供粉喷头设置在滚筒内，用于提供结合剂粉料到滚筒内；
超声搅拌器设置在滚筒内，用于提供超声振动与机械搅拌。
所述的超声搅拌器由旋转超声轴与设置在旋转超声轴端部的搅拌棒组成。
一种金刚石磨粒表面结合剂的梯度合金化造粒方法，利用至少三套上述装置，包括步骤：
a、金刚石粒表面包裹内层结合剂：
1）将金刚石粒放入第一套造粒装置的滚筒内；
2）驱动滚筒转动，开启超声搅拌器，金刚石粒在离心力、搅拌摩擦力及超声振动作用下，在圆筒底部形成涡旋运动的跳动颗粒流；
3）开启供浆喷头，喷头喷出粘合剂和/或稀释剂到滚筒筒体内，喷完后关闭供浆喷头，开启供粉喷头，喷头喷出结合剂粉料，喷完后关闭供粉喷头；金刚石粒、粘合剂和/或稀释剂、结合剂粉料进行充分混合；
4）停止超声搅拌器和滚筒转动，取出颗粒，过筛去掉多余粉料；
b、金刚石粒表面包裹中间层结合剂：
1）将a步骤中获得的颗粒放入第二套造粒装置的滚筒内；
2）驱动滚筒转动，开启超声搅拌器，金刚石粒在离心力、搅拌摩擦力及超声振动作用下，在圆筒底部形成涡旋运动的跳动颗粒流；
3）开启供浆喷头，喷头喷出润湿剂到滚筒筒体内，喷完后关闭供浆喷头，开启供粉喷头，喷头喷出含有碳化物形成元素的合金粉末，喷完后关闭供粉喷头；金刚石粒、润湿剂、合金粉末进行充分混合；其中，碳化物形成元素在合金粉末中所占的比例小于a步骤的对应步骤中碳化物形成元素在合金粉末中所占的比例；
4）停止超声搅拌器和滚筒转动，取出颗粒，过筛去掉多余粉料；
c、金刚石粒表面包裹外层结合剂：
1）将b步骤中获得的颗粒放入第三套造粒装置的滚筒内；
2）驱动滚筒转动，开启超声搅拌器，金刚石粒在离心力、搅拌摩擦力及超声振动作用下，在圆筒底部形成涡旋运动的跳动颗粒流；
3）开启供浆喷头，喷头喷出润湿剂到滚筒筒体内，喷完后关闭供浆喷头，开启供粉喷头，喷头喷出合金粉末，喷完后关闭供粉喷头，金刚石粒、润湿剂、合金粉末进行充分混合；
4）停止超声搅拌器和滚筒转动，取出颗粒，过筛去掉多余粉料。
a步骤中，所述的粘合剂为环氧树脂、（甲基）丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、酚醛树脂、乙烯-醋酸乙烯酯、丙烯酸改性环氧树脂、有机硅改性环氧树脂、醇酸树脂、氨基树脂中的至少一种；稀释剂为烃类溶剂、酮类溶剂、酯类溶剂、醇类溶剂、醚类溶剂、醇醚类溶剂中的至少一种。
b、c步骤中，所用的润湿剂为C1-5脂肪醇、液体石蜡、水中的至少一种。
本发明的有益效果是：
本发明制备的磨粒具有较好的性能，且制备方法效率高。
具体为：
本发明在金刚石粒表面形成梯度的合金化结合剂层，经烧结后，金刚石磨粒可以具有高的结合力，同时远离金刚石磨粒的位置则形成弱结合部位，因而获得金刚石磨粒的高的出刃和容屑空间。采用滚动-超声振动搅拌复合方法进行金刚石表面结合剂造粒，可以提高球形造粒的效率。
附图说明
图1是本发明的装置示意图。
具体实施方式
表面设有梯度的合金化结合剂层的金刚石磨粒，包括金刚石粒，金刚石粒表面依次设有内层结合剂、中间层结合剂、外层结合剂；碳化物形成元素在结合剂中的含量由内至外逐层递减。
优选的，所述的内层结合剂的厚度为200-500μm，所述的内层结合剂的制成原料包括：含有3-5wt%的碳化物形成元素的合金粉末【即碳化物形成元素质量：（碳化物形成元素质量+合金粉末质量）=3-5%】；进一步优选的，该合金粉末为含有3-5wt%的碳化物形成元素的青铜基、镍基、钴基合金粉末中的至少一种，所述的碳化物形成元素为Ti、Cr、V、Fe、W中的至少一种。
优选的，所述的中间层结合剂的厚度为300-500μm，所述的中间层结合剂的制成原料包括：含有1-3wt%的碳化物形成元素的合金粉末；进一步优选的，该合金粉末为含有1-3wt%的碳化物形成元素的青铜基、镍基、钴基合金粉末中的至少一种，所述的碳化物形成元素为Ti、Cr、V、Fe、W中的至少一种。
优选的，所述的外层结合剂的厚度为500-1000μm，所述的外层结合剂的制成原料包括合金粉末；所述的合金粉末为青铜基、镍基、钴基合金粉末中的至少一种。即外层结合剂中不含碳化物形成元素。
如图1所示，为本发明的金刚石磨粒表面结合剂的梯度合金化造粒装置，其用于制备上述金刚石磨粒，包括滚筒3、供浆喷头2、供粉喷头1、超声搅拌器；
其中，供浆喷头设置在滚筒内，用于提供功能添加剂到滚筒内；所述的功能添加剂为稀释剂、粘合剂、润湿剂中的至少一种；
供粉喷头设置在滚筒内，用于提供结合剂粉料到滚筒内；
超声搅拌器设置在滚筒内，用于提供超声振动与机械搅拌。
优选的，所述的超声搅拌器由旋转超声轴5与设置在旋转超声轴端部的搅拌棒6组成；旋转超声轴用于发出超声波，超声波的频率为30-60kHz；旋转超声搅拌器的转速是30-120rpm。
一种金刚石磨粒表面结合剂的梯度合金化造粒方法，利用至少三套（优选为三套）上述装置，包括步骤：
a、金刚石粒表面包裹内层结合剂：
1）将金刚石粒4放入第一套造粒装置的滚筒内；
2）驱动滚筒转动，开启超声搅拌器，金刚石粒在离心力、搅拌摩擦力及超声振动作用下，在圆筒底部形成涡旋运动的跳动颗粒流；
3）开启供浆喷头，喷头喷出粘合剂和/或稀释剂到滚筒筒体内，喷完后关闭供浆喷头，开启供粉喷头，喷头喷出结合剂粉料，喷完后关闭供粉喷头；金刚石粒、粘合剂和/或稀释剂、结合剂粉料进行充分混合；
4）停止超声搅拌器和滚筒转动，取出颗粒，过筛去掉多余粉料；
b、金刚石粒表面包裹中间层结合剂：
1）将a步骤中获得的颗粒放入第二套造粒装置的滚筒内；
2）驱动滚筒转动，开启超声搅拌器，金刚石粒在离心力、搅拌摩擦力及超声振动作用下，在圆筒底部形成涡旋运动的跳动颗粒流；
3）开启供浆喷头，喷头喷出润湿剂到滚筒筒体内，喷完后关闭供浆喷头，开启供粉喷头，喷头喷出含有碳化物形成元素的合金粉末，喷完后关闭供粉喷头；金刚石粒、润湿剂、合金粉末进行充分混合；其中，碳化物形成元素在合金粉末中所占的比例小于a步骤的对应步骤中碳化物形成元素在合金粉末中所占的比例；
4）停止超声搅拌器和滚筒转动，取出颗粒，过筛去掉多余粉料；
c、金刚石粒表面包裹外层结合剂：
1）将b步骤中获得的颗粒放入第三套造粒装置的滚筒内；
2）驱动滚筒转动，开启超声搅拌器，金刚石粒在离心力、搅拌摩擦力及超声振动作用下，在圆筒底部形成涡旋运动的跳动颗粒流；
3）开启供浆喷头，喷头喷出润湿剂到滚筒筒体内，喷完后关闭供浆喷头，开启供粉喷头，喷头喷出合金粉末，喷完后关闭供粉喷头，金刚石粒、润湿剂、合金粉末进行充分混合；
4）停止超声搅拌器和滚筒转动，取出颗粒，过筛去掉多余粉料。
a步骤中，所述的粘合剂为环氧树脂、（甲基）丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、酚醛树脂、乙烯-醋酸乙烯酯、丙烯酸改性环氧树脂、有机硅改性环氧树脂、醇酸树脂、氨基树脂中的至少一种；稀释剂为烃类溶剂、酮类溶剂、酯类溶剂、醇类溶剂、醚类溶剂、醇醚类溶剂中的至少一种；优选的，为环氧树脂、（甲基）丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、液体酚醛树脂中的至少一种。稀释剂为烃类溶剂、酮类溶剂、酯类溶剂、醇类溶剂、醚类溶剂、醇醚类溶剂中的至少一种；优选的，所述的稀释剂为苯、甲苯、二甲苯、乙苯、对甲乙苯、丙酮、丁酮、汽油、松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇***、乙二醇单丁醚醋酸酯、石油醚、松节油、200#溶剂油、二乙二醇***醋酸酯、柠檬酸三丁酯、蓖麻油、环己酮中的至少一种；
b、c步骤中，所用的润湿剂为C1-5脂肪醇、液体石蜡、水中的至少一种；优选的，为乙醇、液体石蜡、水中的至少一种；
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明：
实施例1：
金刚石磨粒表面结合剂的梯度合金化造粒方法，步骤为：
1）取80/100金刚石，清洗烘干后放入本发明的第一套装置的滚筒中，开启超声搅拌器和滚筒，30s后开始喷浆，喷浆粘合剂为30%液体酚醛树脂。关闭喷浆喷头，开启供粉喷头，供给粉料为含5wt%Ti的钴基合金（即Ti在该含有Ti的钴基合金中的质量百分比为5%）。供粉完毕后，关闭供粉喷头，1min后停止超声搅拌器和滚筒，取出造粒颗粒，过筛去掉多余粉料。
2）将过筛颗粒转入第二套装置的滚筒中，重复上步，不同的是喷浆为液体石蜡，供粉为含2wt%Ti的85-15青铜粉（青铜基粉末85%Cu，15% Sn），过筛去粉。
3）将过筛颗粒转入第三套装置的滚筒中，重复上步，喷浆为液体石蜡，供粉为不含Ti的85-15青铜粉（青铜基粉末85%Cu，15% Sn），过筛去粉后即可得到梯度化合金造粒颗粒。
经过以上工艺步骤，内层结合剂、中间层结合剂、外层结合剂的厚度依次为200μm、300μm、500μm。
上述经梯度造粒的含金刚石的粉末经730度热压烧结，制备成玻璃磨边轮，在转速2850r/min转速，4-7m/min进给速度下，可以实现对10-20mm厚度建筑玻璃的实现稳定磨削，磨削过程不崩边，磨削锋利度高。
实施例2：
金刚石磨粒表面结合剂的梯度合金化造粒方法，步骤为：
1）取80/100目金刚石，清洗烘干后放入本发明的第一套装置的滚筒中，开启超声搅拌器和滚筒，30s后开始喷浆，喷浆粘合剂为30%液体酚醛树脂，关闭喷浆喷头，开启供粉喷头，供给粉料为含5wt%Ti的钴基合金。供粉完毕后，关闭供粉喷头，1min后停止超声搅拌器和滚筒，取出造粒颗粒，过筛去掉多余粉料。
2）将过筛颗粒转入第二套装置的滚筒中，重复上步，不同的是喷浆为液体石蜡，供粉为含Ti量为2wt%的钴基合金，过筛去粉。
3）将过筛颗粒转入第三套装置的滚筒中，重复上步，喷浆为液体石蜡，供粉为不含Ti的85-15青铜粉（青铜基粉末85%Cu，15% Sn），过筛去粉后即可得到梯度化合金造粒颗粒。
经过以上工艺步骤，内层结合剂、中间层结合剂、外层结合剂的厚度依次为500μm、500μm、1000μm。
上述经梯度造粒的含金刚石的粉末经750度热压烧结，制备成玻璃磨边轮，实验研究发现，在转速2850r/min转速，1-5m/min进给速度下对微晶玻璃的磨削加工起到良好的效果。
实施例3：
金刚石磨粒表面结合剂的梯度合金化造粒方法，步骤为：
1）取35/40（或40/50）目金刚石，清洗烘干后放入本发明的第一套装置的滚筒中，开启超声搅拌器和滚筒，30s后开始喷浆，喷浆粘合剂为30%液体酚醛树脂。关闭喷浆喷头，开启供粉喷头，供给粉料为含5wt%Ti的钴基合金。供粉完毕后，关闭供粉喷头，1min后停止超声搅拌器和滚筒，取出造粒颗粒，过筛去掉多余粉料。
2）将过筛颗粒转入第二套装置的滚筒中，重复上步，不同的是喷浆为液体石蜡，供粉为含2wt%Ti的钴基合金粉末，过筛去粉。
3）将过筛颗粒转入第三套装置的滚筒中，重复上步，喷浆为液体石蜡，供粉为不含Ti的钴基粉末，过筛去粉后即可得到梯度化合金造粒颗粒。
经过以上工艺步骤，内层结合剂、中间层结合剂、外层结合剂的厚度依次为300μm、600μm、800μm。
上述经梯度造粒的含金刚石的粉末经780度热压烧结，制备成金刚石锯片、串珠绳锯、排锯，可对各种硬质花岗岩实现高效的锯切加工，锯切效率（相对于传统的产品，不进行包覆处理）提高30%。
Claims (10)
1.表面设有梯度的合金化结合剂层的金刚石磨粒，包括金刚石粒，其特征在于：金刚石粒表面依次设有内层结合剂、中间层结合剂、外层结合剂；碳化物形成元素在结合剂中的含量由内至外逐层递减。
2.根据权利要求1所述的表面设有梯度的合金化结合剂层的金刚石磨粒，其特征在于：所述的内层结合剂的厚度为200-500μm，所述的内层结合剂中，碳化物形成元素所占的质量百分比为3-5%。
3.根据权利要求1所述的表面设有梯度的合金化结合剂层的金刚石磨粒，其特征在于：所述的中间层结合剂的厚度为300-500μm，所述的中间层结合剂中，碳化物形成元素所占的质量百分比为1-3%。
4.根据权利要求1所述的表面设有梯度的合金化结合剂层的金刚石磨粒，其特征在于：所述的外层结合剂的厚度为500-1000μm。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的表面设有梯度的合金化结合剂层的金刚石磨粒，其特征在于：制成内层结合剂的原料包括：含3-5wt%的碳化物形成元素的合金粉末；制成中间层结合剂的原料包括：含1-3wt%的碳化物形成元素的合金粉末；制成外层结合剂的原料包括合金粉末。
6.金刚石磨粒表面结合剂的梯度合金化造粒装置，其特征在于：其用于制备权利要求1所述的金刚石磨粒；包括滚筒、供浆喷头、供粉喷头、超声搅拌器；
其中，供浆喷头设置在滚筒内，用于提供功能添加剂到滚筒内；所述的功能添加剂为稀释剂、粘合剂、润湿剂中的至少一种；
供粉喷头设置在滚筒内，用于提供结合剂粉料到滚筒内；
超声搅拌器设置在滚筒内，用于提供超声振动与机械搅拌。
7.根据权利要求6所述的金刚石磨粒表面结合剂的梯度合金化造粒装置，所述的超声搅拌器由旋转超声轴与设置在旋转超声轴端部的搅拌棒组成。
8.一种金刚石磨粒表面结合剂的梯度合金化造粒方法，其特征在于：利用至少三套权利要求6的装置，包括步骤：
a、金刚石粒表面包裹内层结合剂：
1）将金刚石粒放入第一套造粒装置的滚筒内；
2）驱动滚筒转动，开启超声搅拌器，金刚石粒在离心力、搅拌摩擦力及超声振动作用下，在圆筒底部形成涡旋运动的跳动颗粒流；
3）开启供浆喷头，喷头喷出粘合剂和/或稀释剂到滚筒筒体内，喷完后关闭供浆喷头，开启供粉喷头，喷头喷出结合剂粉料，喷完后关闭供粉喷头；金刚石粒、粘合剂和/或稀释剂、结合剂粉料进行充分混合；
4）停止超声搅拌器和滚筒转动，取出颗粒，过筛去掉多余粉料；
b、金刚石粒表面包裹中间层结合剂：
1）将a步骤中获得的颗粒放入第二套造粒装置的滚筒内；
2）驱动滚筒转动，开启超声搅拌器，金刚石粒在离心力、搅拌摩擦力及超声振动作用下，在圆筒底部形成涡旋运动的跳动颗粒流；
3）开启供浆喷头，喷头喷出润湿剂到滚筒筒体内，喷完后关闭供浆喷头，开启供粉喷头，喷头喷出含有碳化物形成元素的合金粉末，喷完后关闭供粉喷头；金刚石粒、润湿剂、合金粉末进行充分混合；其中，碳化物形成元素在合金粉末中所占的比例小于a步骤的对应步骤中碳化物形成元素在合金粉末中所占的比例；
4）停止超声搅拌器和滚筒转动，取出颗粒，过筛去掉多余粉料；
c、金刚石粒表面包裹外层结合剂：
1）将b步骤中获得的颗粒放入第三套造粒装置的滚筒内；
2）驱动滚筒转动，开启超声搅拌器，金刚石粒在离心力、搅拌摩擦力及超声振动作用下，在圆筒底部形成涡旋运动的跳动颗粒流；
3）开启供浆喷头，喷头喷出润湿剂到滚筒筒体内，喷完后关闭供浆喷头，开启供粉喷头，喷头喷出合金粉末，喷完后关闭供粉喷头，金刚石粒、润湿剂、合金粉末进行充分混合；
4）停止超声搅拌器和滚筒转动，取出颗粒，过筛去掉多余粉料。
9.根据权利要求8所述的一种金刚石磨粒表面结合剂的梯度合金化造粒方法，其特征在于：a步骤中，所述的粘合剂为环氧树脂、（甲基）丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、酚醛树脂、乙烯-醋酸乙烯酯、丙烯酸改性环氧树脂、有机硅改性环氧树脂、醇酸树脂、氨基树脂中的至少一种；稀释剂为烃类溶剂、酮类溶剂、酯类溶剂、醇类溶剂、醚类溶剂、醇醚类溶剂中的至少一种。
10.根据权利要求8所述的一种金刚石磨粒表面结合剂的梯度合金化造粒方法，其特征在于：b、c步骤中，所用的润湿剂为C1-5脂肪醇、液体石蜡、水中的至少一种。
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