CN106756422B - 一种金刚石锯片刀头的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金刚石锯片刀头的制备方法，属于超硬材料制备技术领域。首先将下列质量百分比的粉末：25%～30%Fe粉、10%～20%Co粉、35%～45%Cu粉、3%～8%Ni粉、5%～9%Sn粉、1%～6%SiC粉混合均匀得到混合粉末；再加入金刚石混合；上述金属粉末之和为100%；其刀头金刚石浓度为20%；将得到的混合粉末加入钢模压制成型得到冷压刀头；将得到的刀头进行微波真空烧结，烧结温度为750℃～900℃，烧结气氛为氩气，保温3～10min，得到金刚石锯片刀头。本方法主要是运用微波烧结技术同时采用底钴的配方，得到低成本高性能的金刚石锯片刀头。
Description
技术领域
本发明涉及一种金刚石锯片刀头的制备方法，属于超硬材料制备技术领域。
背景技术
金刚石锯切工具包括圆锯片、排锯、绳锯和框架锯等，主要用于切割花岗岩、大理石和混凝土等非金属材料，金刚石圆锯片是各类石材加工的主要工具，在石材加工业中起着举足轻重的作用。随着石材行业的发展，要求得到高性能、低成本的锯片。钴基锯片有很好的切削性能和使用寿命，但是钴作为一种战略资源，价格昂贵，所以目前钴不再是最佳选择。
烧结是锯片制备过程中一道重要的工序，传统的烧结方法主要采用冷压-真空烧结和热压烧结。其中热压烧结是目前金刚石工具生产使用最多的方法，广泛用于制造锯片、钻头等刀头。对于传统的热压烧结工艺，虽然在高温高压条件下能提高金刚石和金属胎体的结合强度，但是同时造成了金刚石的强度损失，影响锯片的使用寿命。冷压-真空烧结具有生产批量大、制造成本低的特点，但烧结过程时间长、能耗高，烧结体的致密度和强度难以满足复杂工况的要求。近年来，随着微波烧结在材料科学领域逐渐发展，逐渐成为一种新型的粉末冶金快速烧结技术。微波烧结与常规烧结有着明显的区别，其主要特点如下：（1）快速加热，显著节能。（2）均匀加热，组织均一。由于材料内外均匀地整体吸收微波能并被加热，避免了常规加热中由于材料内外部温度差而引起的开裂或者热应力。（3）超细晶粒，致密化。微波的快速烧结能够使材料内部形成均匀的细晶结构和较高的致密性，从而材料宏观性能得到优化。(4)选择性加热。在微波场下，由于不同的材料内部组分与微波场有不同的耦合作用，因此微波烧结能实现选择性烧结，从而得到具有新型微观结构、性能优良的材料。所以，微波烧结可以降低烧结温度、缩短烧结时间、提高致密度，从而能降低金刚石的强度损失、降低成本、提高锯片的综合性能。
《超细碳化钨粉末特性对金刚石锯片刀头显微结构的影响》公开了以Co，Cu，Sn，Ni、WC粉为主要结合剂，在880℃，890℃，900℃，910℃下采用常规真空烧结得到金刚石锯片刀头。在该技术方案中采用常规的真空烧结，其中添加WC粉主要起细化晶粒作用。而本申请主要采用微波真空烧结，在烧结温度上有显著的降低，并在配方中添加SiC粉，很好的改变了材料的吸波性能并提高了刀头的耐磨性。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种金刚石锯片刀头的制备方法。本方法主要是运用微波烧结技术同时采用底钴的配方，得到低成本高性能的金刚石锯片刀头，而且本方法工艺简单、成本低、节能环保，本发明通过以下技术方案实现。
一种金刚石锯片刀头的制备方法，其具体步骤如下：
步骤1、首先将下列质量百分比的粉末：25%～30%Fe粉、10%～20%Co粉、35%～45%Cu粉、3%～8%Ni粉、5%～9%Sn粉、1%～6%SiC粉混合均匀得到混合粉末；再加入金刚石混合；上述金属粉末之和为100%；金刚石用量Gd=ρdV，ρd=0.88K，(ρd-刀头单位体积中含有金刚石质量，K-金刚石的浓度，一般金刚石浓度为20%，V-刀头体积)。
步骤2、将步骤1得到的混合粉末加入钢模中，在150MPa压力下压制成型得到冷压刀头；
步骤3、将步骤2得到的冷压刀头进行微波真空烧结，烧结温度为750℃～900℃，烧结气氛为氩气，保温3～10min，得到金刚石锯片刀头。
所述步骤1中Fe粉、Co粉、Cu粉、Ni粉、Sn粉和SiC粉的粒度为100～200目。
所述步骤1中金刚石颗粒为30～45目。
所述步骤3得到的相邻刀头试样设有石墨挡板。
上述步骤2中混合粉末作为结合剂按照理论密度，通过刀头体积计算出所需混合粉末结合剂重量，即M=ρV，M-结合粉末合剂重量，ρ-混合粉末结合剂理论密度，V-刀头体积。如当ρ为8.38g/cm3，V为2.86cm3时M为23.97g。
本发明的有益效果是：
（1）本发明烧结方式上采用微波烧结，相比传统的真空烧结方式，微波烧结能实现缩短烧结时间，降低烧结温度，减轻金刚石的强度损伤，获得较高的致密性的刀头。
（2）本发明通过在配方上降低钴的用量并添加碳化硅粉，有利于降低成本，并且碳化硅有极好的吸波性，能缩短微波烧结时间。
附图说明
图1是本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，该金刚石锯片刀头的制备方法，其具体步骤如下：
步骤1、首先将下列质量百分比的粉末：28%Fe粉、20%Co粉、35%Cu粉、3%Ni粉、8%Sn粉和6%SiC粉混合均匀得到混合粉末，再加入金刚石混合，金刚石用量Gd=ρdV,ρd=0.88K,ρd-刀头单位体积中含有金刚石质量，K-金刚石的浓度，V-刀头体积)；其中Fe粉、Co粉、Cu粉、Ni粉、Sn粉和SiC粉的粒度为100～200目；金刚石颗粒为30～45目；
步骤2、将步骤1得到的混合粉末加入钢模中，在150MPa压力下压制成型得到冷压刀头；
步骤3、将步骤2得到的冷压刀头进行微波真空烧结（首先将炉抽真空抽至0.01Pa，然后通入氩气至常压，然后继续抽真空至0.01Pa），在氩气烧结气氛下（氩气通入至炉内压强至1～15KPa）、在温度为750℃条件下保温4min得到金刚石锯片刀头，其中所述步骤3得到的每个相邻刀头设有石墨挡板。
经测试，金刚石锯片刀头致密度为87.42%，硬度为71.82HRB。
对比实施例1
常规真空烧结的具体实施步骤为：
步骤1、首先将下列质量百分比的粉末：28%Fe粉、20%Co粉、35%Cu粉、3%Ni粉、8%Sn粉和6%SiC粉混合均匀得到混合粉末，再加入金刚石混合，金刚石用量Gd=ρdV,ρd=0.88K,(ρd-刀头单位体积中含有金刚石质量，K-金刚石的浓度，V-刀头体积)；其中Fe粉、Co粉、Cu粉、Ni粉、Sn粉和SiC粉的粒度为100～200目；金刚石颗粒为30～45目；
步骤2、将步骤1得到的混合粉末加入钢模中，在150MPa压力下压制成型得到冷压刀头；
步骤3、将步骤2得到的冷压刀头放入模具中进行真空烧结（首先将炉抽真空抽至0.01Pa，然后通入氩气至常压，然后继续抽真空至0.01Pa），在氩气烧结气氛下（氩气通入至炉内压强至1-15KPa）、在温度为750℃条件下保温15min得到金刚石锯片刀头。对比实施例1制备得到的金刚石锯片刀头致密度77.47%为，硬度为62.24HRB。
实施例2
如图1所示，该金刚石锯片刀头的制备方法，其具体步骤如下：
步骤1、首先将下列质量百分比的粉末：30%Fe粉、16%Co粉、40%Cu粉、7%Ni粉、5%Sn粉和2%SiC粉混合均匀得到混合粉末；再加入金刚石混合，金刚石用量Gd=ρdV, ρd=0.88K ,( ρd-刀头单位体积中含有金刚石质量，K-金刚石的浓度，V-刀头体积)；其中Fe粉、Co粉、Cu粉、Ni粉、Sn粉和SiC粉的粒度为100～200目；金刚石颗粒为30～45目；
步骤2、将步骤1得到的混合粉末加入钢模中，在150MPa压力下压制成型得到冷压刀头；
步骤3、将步骤2得到的冷压刀头进行微波真空烧结（首先将炉抽真空抽至0.01Pa，然后通入氩气至常压，然后继续抽真空至0.01Pa），在氩气烧结气氛下（氩气通入至炉内压强至1-15KPa）、在温度为800℃条件下保温3min得到金刚石锯片刀头，其中所述步骤3得到的每个相邻刀头设有石墨挡板。
经测试，金刚石锯片刀头致密度为91.87%，硬度为82.42HRB。
对比实施例2
常规真空烧结的具体实施步骤为：
步骤1、首先将下列质量百分比的粉末：30%Fe粉、16%Co粉、40%Cu粉、7%Ni粉、5%Sn粉和2%SiC粉混合均匀得到混合粉末；再加入金刚石混合，金刚石用量Gd=ρdV,ρd=0.88K,(ρd-刀头单位体积中含有金刚石质量，K-金刚石的浓度，V-刀头体积)；其中Fe粉、Co粉、Cu粉、Ni粉、Sn粉和SiC粉的粒度为100～200目；金刚石颗粒为30～45目；
步骤2、将步骤1得到的混合粉末加入钢模中，在150MPa压力下压制成型得到冷压刀头；
步骤3、将步骤2得到的冷压刀头放入模具中进行真空烧结（首先将炉抽真空抽至0.01Pa，然后通入氩气至常压，然后继续抽真空至0.01Pa），在氩气烧结气氛下（氩气通入至炉内压强至1-15KPa）、在温度为800℃条件下保温15min得到金刚石锯片刀头。
对比实施例2制备得到的金刚石锯片刀头致密度为83.58%，硬度为72.50HRB。
实施例3
如图1所示，该金刚石锯片刀头的制备方法，其具体步骤如下：
步骤1、首先将下列质量百分比的粉末：30%Fe粉、16%Co粉、40%Cu粉、7%Ni粉、5%Sn粉和2%SiC粉混合均匀得到混合粉末；再加入金刚石混合，金刚石用量Gd=ρdV,ρd=0.88K,(ρd-刀头单位体积中含有金刚石质量，K-金刚石的浓度，V-刀头体积)；其中Fe粉、Co粉、Cu粉、Ni粉、Sn粉和SiC粉的粒度为100～200目；金刚石颗粒为30～45目；
步骤2、将步骤1得到的混合粉末加入钢模中，混合粉末为23.97g，在150MPa压力下压制成型得到冷压刀头；
步骤3、将步骤2得到的冷压刀头进行微波真空烧结（首先将炉抽真空抽至0.01Pa，然后通入氩气至常压，然后继续抽真空至0.01Pa），在氩气烧结气氛下（氩气通入至炉内压强至1-15KPa）、在温度为850℃条件下保温4min得到金刚石锯片刀头，其中所述步骤3得到的每个相邻刀头设有石墨挡板。
经测试，金刚石锯片刀头致密度为97.37%，硬度为96.20HRB。
对比实施例3
常规真空烧结的具体实施步骤为：
步骤1、首先将下列质量百分比的粉末：30%Fe粉、16%Co粉、40%Cu粉、7%Ni粉、5%Sn粉和2%SiC粉混合均匀得到混合粉末；再加入金刚石混合，金刚石用量Gd=ρdV,ρd=0.88K,(ρd-刀头单位体积中含有金刚石质量，K-金刚石的浓度，V-刀头体积)；其中Fe粉、Co粉、Cu粉、Ni粉、Sn粉和SiC粉的粒度为100～200目；金刚石颗粒为30～45目；
步骤2、将步骤1得到的混合粉末加入钢模中，在150MPa压力下压制成型得到冷压刀头；
步骤3、将步骤2得到的冷压刀头放入模具中进行真空烧结（首先将炉抽真空抽至0.01Pa，然后通入氩气至常压，然后继续抽真空至0.01Pa），在氩气烧结气氛下（氩气通入至炉内压强至1-15KPa）、在温度为850℃条件下保温1min得到金刚石锯片刀头。
对比实施例3制备得到的金刚石锯片刀头致密度为90.86%，硬度为82.62HRB。
实施例4
如图1所示，该金刚石锯片刀头的制备方法，其具体步骤如下：
步骤1、首先将下列质量百分比的粉末：25%Fe粉、10%Co粉、45%Cu粉、8%Ni粉、9%Sn粉和3%SiC粉混合均匀得到混合粉末；再加入金刚石混合，金刚石用量Gd=ρdV, ρd=0.88K,(ρd-刀头单位体积中含有金刚石质量，K-金刚石的浓度，V-刀头体积)；其中Fe粉、Co粉、Cu粉、Ni粉、Sn粉和SiC粉的粒度为100～200目；金刚石颗粒为30～45目；
步骤2、将步骤1得到的混合粉末加入钢模中，在150MPa压力下压制成型得到冷压刀头；
步骤3、将步骤2得到的冷压刀头进行微波真空烧结（首先将炉抽真空抽至0.01Pa，然后通入氩气至常压，然后继续抽真空至0.01Pa），在氩气烧结气氛下（氩气通入至炉内压强至1-15KPa）、在温度为900℃条件下保温10min得到金刚石锯片刀头，其中所述步骤3得到的每个相邻刀头设有石墨挡板。
经测试，金刚石锯片刀头致密度为96.67%，硬度为94.50HRB。
对比实施例4
常规真空烧结的具体实施步骤为：
步骤1、首先将下列质量百分比的粉末：25%Fe粉、10%Co粉、45%Cu粉、8%Ni粉、9%Sn粉和3%SiC粉混合均匀得到混合粉末；再加入金刚石混合，金刚石用量Gd=ρdV, ρd=0.88K,(ρd-刀头单位体积中含有金刚石质量，K-金刚石的浓度，V-刀头体积)；其中Fe粉、Co粉、Cu粉、Ni粉、Sn粉和SiC粉的粒度为100～200目；金刚石颗粒为30～45目；
步骤2、将步骤1得到的混合粉末加入钢模中，在150MPa压力下压制成型得到冷压刀头；
步骤3、将步骤2得到的冷压刀头放入模具中进行真空烧结（首先将炉抽真空抽至0.01Pa，然后通入氩气至常压，然后继续抽真空至0.01Pa），在氩气烧结气氛下（氩气通入至炉内压强至1-15KPa）、在温度为900℃条件下保温15min得到金刚石锯片刀头。
对比实施例4制备得到的金刚石锯片刀头致密度为93.18%，硬度为86.42HRB。
通过四组实施案例可以得出：微波真空烧结相比常规真空烧结有着明显的优势。微波真空烧结最佳工艺为：烧结温度850℃，保温4min，得到金刚石锯片刀头致密度为97.37%，硬度为96.20HRB。而常规的真空烧结在900℃下保温15min，刀头致密度为93.18%，硬度为86.42HRB。因此，从烧结体的致密度和硬度分析得出：微波烧结能显著降低烧结温度、缩短烧结时间和快速致密，即能降低金刚石的热损，提高刀头的使用寿命。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (4)
1.一种金刚石锯片刀头的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤1、首先将下列质量百分比的粉末：25%～30%Fe粉、10%～20%Co粉、35%～45%Cu粉、3%～8%Ni粉、5%～9%Sn粉、1%～6%SiC粉混合均匀得到混合粉末；再加入金刚石混合；上述混合粉末之和为100%；金刚石用量Gd=ρdV，ρd=0.88K，ρd-刀头单位体积中含有金刚石质量，K-金刚石的浓度，V-刀头体积；
步骤2、将步骤1得到的混合粉末和金刚石加入钢模，在150MPa压力下压制成型得到冷压刀头；
步骤3、将步骤2得到的刀头进行微波真空烧结，烧结温度为750℃～900℃，烧结气氛为氩气，保温3～10min，得到金刚石锯片刀头。
2.根据权利要求1所述的金刚石锯片刀头的制备方法，其特征在于：所述步骤1中Fe粉、Co粉、Cu粉、Ni粉、Sn粉和SiC粉的粒度为100～200目。
3.根据权利要求1所述的金刚石锯片刀头的制备方法，其特征在于：所述步骤1中金刚石颗粒为30～45目。
4.根据权利要求1所述的金刚石锯片刀头的制备方法，其特征在于：所述步骤3中相邻刀头试样之间设有石墨挡板。
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