CN108582504A - 节能高效金刚石锯片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种节能高效金刚石锯片，属于金刚石烧结工具的技术领域。本发明的节能高效金刚石锯片，包括圆形钢基体以及焊接在圆形钢基体上的复合多层金刚石刀头，复合多层金刚石刀头包括多层金刚石切割层，金刚石切割层由胎体以及孕镶在胎体中的金刚石颗粒构成；位于中间的金刚石切割层中的金刚石颗粒的浓度大于位于两侧的浓度；位于中间的金刚石切割层中的胎体硬度小于位于两侧的胎体硬度。本发明的节能高效金刚石锯片应用于花岗岩、大理石等石材的加工以及混凝土路面的切割，具有切割速度快，切割锋利度高，性能稳定的特点；并且有利于降低能耗，且使用的金刚石较少不含稀缺的Co元素等成分，有利于降低工具成本。

Description

节能高效金刚石锯片及其制备方法

技术领域

本发明涉及金刚石烧结工具的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种节能高效金刚石 锯片及其制备方法。

背景技术

自1953年美国G.E.公司开始合成人造金刚石以来，人类使用金刚石工具的种类、规格得 到了大幅度发展，而我国自1963年成功合成人造金刚石以来，我国金刚石工具经历了从无到 有，从小到大，从分散到集约，从产品到产业的发展道路。在加工硬脆类非金属材料的金刚 石工具方面，我国已成为世界生产大国。金刚石锯片、金刚石钻头和金刚石砂轮是金刚石工 具的三大主要品种，其中，金刚石锯片是金刚石工具中的主导产品，按数量统计，金刚石锯 片占据金刚石工具的90％以上，金刚石锯片一般用于切割脆硬性非金属材料和切削金属材料， 例如金刚石锯片一般用于花岗岩、大理石、混凝土、沥青、耐火材料的切割以及硅、铝合金、 镁合金等金属材料的切削。现有技术中用于切割脆硬性非金属材料的金刚石锯片通常由圆形 钢基体以及焊接在其外圆周上的多个金刚石刀头而成，所述金刚石刀头通常由金刚石颗粒和 金属粉末混合，然后通过冷压或热压，并经过烧结而成。目前的金刚石切割刀头与20世纪80 年代相比，使用寿命和切割效率大约分别提高了1倍和3倍。为了提高切割效率，现有技术中 开发了三明治与多明治结构刀头，这种刀头与普通的块状刀头相比，增加了脆硬性非金属材 料例如石材被锯切的自由面，使得石材破碎更容易，提高了锯切的锋利度，从而提高了切割 效率，同时也降低了电耗，降低了锯切成本，然而这种三明治与多明治结构刀头虽然提高了 切割效率，但由于中心与外侧的金刚石层受力不均衡，切割的稳定性需要提高，而且对于石 材的切割工艺而言，金刚石锯片的消耗占据了较多的成本，因此也有必要进一步提高金刚石 锯片的使用寿命。

发明内容

为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种节能高效金刚石锯片 及其制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：

一种节能高效金刚石锯片，包括圆形钢基体以及焊接在圆形钢基体上的复合多层金刚石 刀头，其特征在于：包括多层金刚石切割层，相邻的金刚石切割层之间通过金属层粘结，所 述金刚石切割层由胎体以及孕镶在胎体中的金刚石颗粒构成；并且位于中间的金刚石切割层 中的金刚石颗粒的浓度大于位于两侧的金刚石切割层中的金刚石颗粒的浓度；位于中间的金 刚石切割层中的胎体硬度小于位于两侧的金刚石切割层中的胎体硬度。

其中，位于中间的金刚石切割层中的金刚石颗粒的浓度为胎体重量的2.5～3.5wt％，位于 两侧的金刚石切割层中的金刚石颗粒的浓度为胎体重量的2.0～3.0wt％，所述位于中间的金刚 石切割层中的金刚石颗粒的浓度比位于两侧的金刚石切割层中的金刚石颗粒的浓度高0.3～0.6 wt％。

其中，位于中间的金刚石切割层中的胎体HRB硬度为93～100，位于两侧的金刚石切割层 中的胎体HRB硬度为100～108，所述位于两侧的金刚石切割层中的胎体HRB硬度比所述位于中 间的金刚石切割层中的胎体HRB硬度高5～8。

其中，所述金刚石切割层的层数为3层或5层，所述金属层的层数为2层或4层；所述金刚 石切割层的厚度为1.5～3.0mm；所述金属层的厚度为0.5～1.2mm。

其中，位于中间的金刚石切割层以及位于两侧的金刚石切割层均由金刚石颗粒与胎体粉 末通过热压烧结而成；作为优选地，热压烧结的温度为725～800℃，压强为250～300kg/cm²， 保温时间为150～250秒。

其中，位于中间的金刚石切割层所采用的胎体粉末由30-40wt％的青铜粉、1-5wt％的锡粉、 0.10-0.15wt％的石墨粉、0.1-0.6wt％的液体石蜡以及余量的预合金粉末组成。

其中，位于两侧的金刚石切割层所采用的胎体粉末由10-15wt％的青铜粉、1-5wt％的锡粉、 0.1-0.6wt％的液体石蜡以及余量的预合金粉末组成。

其中，所述预合金粉末为FeCuSnNi预合金粉，并且所述预合金粉末中含有35.5-36.5wt％ 的Cu、7.5-9.0wt％的Sn、11.5-12.2wt％的Ni，以及余量的Fe，所述预合金粉末的费氏粒度为 6-8μm。

本发明的第二方面还涉及一种节能高效金刚石锯片的制备方法。

本发明的节能高效金刚石锯片的制备方法，包括将圆形钢基体以及复合多层金刚石刀头 进行焊接的步骤，而所述复合多层金刚石刀头的制备包括以下步骤：

(1)按照配比将金刚石颗粒与胎体粉末混合均匀并冷压成位于中间的金刚石坯层以及位 于两侧的金刚石坯层；

(2)将青铜粉冷压形成金属坯层；

(3)将位于中间的金刚石坯层、位于两侧的金刚石坯层与金属坯层依据顺序形成叠层结 构；

(4)对叠层结构进行热压烧结，热压烧结的温度为725～800℃，压强为250～300kg/cm²， 保温时间150～250秒。

与现有技术相比，本发明所述的节能高效金刚石锯片具有以下有益效果：

本发明的节能高效金刚石锯片应用于花岗岩、大理石等石材的加工以及混凝土路面的切 割，具有切割速度快，切割锋利度高，性能稳定的特点；并且有利于降低能耗，且使用的金 刚石较少不含稀缺的Co元素等成分，有利于降低工具成本。

附图说明

图1为采用本发明的节能高效金刚石锯片的剖面示意图。

图2为本发明的锯片采用的复合多层金刚石刀头的结构示意图。

图3为本发明的锯片典型的切割锋利度波动图(额定电压恒定)。

图4为比较例的锯片典型的切割锋利度波动图(额定电压恒定)。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明所述的复合多层金刚石刀头做进一步的阐述，以帮助本 领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

本发明涉及一种节能高效金刚石锯片，如图1所示，节能高效金刚石锯片10包括一个圆形 钢基体11，该圆形钢基体11根据预先设计由钢板等加工成预定直径和厚度的圆盘形状，并且 其中心加工有安装孔12用于安装通过电机驱动的传动轴，所述圆形钢基体11的外圆周上还等 间距的开设有排屑槽13，而复合多层金刚石刀头20焊接在所述圆形钢基体11的外圆周上，所 述焊接方法例如可以采用高频焊接工艺或激光焊接工艺。

如图2所示，所述的复合多层金刚石刀头20，由金刚石薄层21和金属粘结层22间隔设置的 叠层烧结体。所述金刚石薄层和金属粘结层沿着垂直于如图1所示的圆形钢基体表面的方向 (即平行于如图1所示的圆形钢基体11的中心轴的方向)间隔设置。所述金刚石薄层(单层) 的厚度为1.5～5.0mm，优选为2.0～3.0mm。所述金属粘结层(单层)的厚度为0.5～1.2mm。所 述复合多层金刚石刀头从理论上分析有利于降低刀头切割面与切割材料的接触面积，提高金 刚石对切割材料的蚀刻深度，从而有利于提高锋利度。本发明所述的金刚石薄层由金刚石颗 粒与金属钎料通过热压烧结而成。而且进一步地，所述金属钎料由18-38wt％的铜粉、15-25wt％ 的铁粉、2-9wt％的镍粉、1-6wt％的锡粉、2-9wt％的高碳铬铁粉、1-6wt％的中碳硼铁、0.1-0.9wt％ 的液体石蜡以及余量的预合金粉末组成。所述金刚石颗粒的含量为金属钎料的1.4～4.0wt％， 优选为1.5～3.1wt％，更优选为1.5～2.9wt％。所述预合金粉末由化学共沉淀法得到，并且所述 预合金粉末中含有32-50wt％的Cu、2-9wt％的Ni、2-10wt％的Re，以及余量的Fe；所述预合金 粉末的平均颗粒直径为6-9μm。虽然本发明采用的金属钎料不含价格昂贵且国内资源稀缺的 Co，但通过采用上述化学共沉淀法的预合金粉末，与高碳铬铁粉、中碳硼铁与常规的Cu、Fe、 Ni和Sn粉配料混合使用，不仅显著降低了热压烧结温度，而且胎体结构致密，在保证了热压 烧结胎体与金刚石颗粒之间良好的把持力的基础上，也能够同时获得与高速切割(混凝土、 大理石以及花岗岩的高速切割)相匹配的胎体磨损性能，其HRB值能够达到95～108，保证了 在高速切割条件下，金刚石颗粒的自锐性，使得制备得到的节能高效金刚石锯片具有优异的 切割稳定性，保证了良好的使用性能。

在本发明的实施例以及比较例中，采用的金刚石颗粒的粒度为50/60(对应的颗粒尺寸为 300～250μm)。采用的预合金粉末为FeCuSnNi预合金粉，并且所述预合金粉末中含有36.0wt％ 的Cu、8.1wt％的Sn、12.0wt％的Ni，以及余量的Fe，所述预合金粉末的费氏粒度为6-8μm。采 用的青铜粉的组成为10wt％的Sn，1.2wt％的Ni、0.9wt％的Ti以及余量的Cu，所述青铜粉由雾 化粉制备得到，并且在780℃热处理30min，得到的青铜粉的平均粒径约为35μm，且最大粒径 为75μm以下。本发明的实施例以及比较例制备高度为30mm、宽度为40mm的复合多层金刚石 刀头，每个复合多层金刚石刀头包括3个厚度为3.0mm的金刚石薄片，相邻的金刚石薄片之间 设置厚度为1.0mm的青铜粉粘结层。采用的圆形钢基体的直径为340mm，每件节能高效金刚 石锯片上焊接有24个复合多层金刚石刀头。

本发明的节能高效金刚石锯片的制备方法如下：

1.根据图纸要求，钢板淬火热处理，回火，激光切割形状，回火，磨平面，磨内孔，磨外圆，去毛刺制作圆形钢基体。

2.将胎体粉末与金刚石颗粒混合均匀冷压成型形成并冷压成位于中间的金刚石坯层以 及位于两侧的金刚石坯层，将位于中间的金刚石坯层、位于两侧的金刚石坯层与金属坯层依 据顺序形成叠层结构并经热压烧结，砂轮砂带打磨制作复合多层金刚石刀头，热压烧结的温 度为725～800℃，压强为250～300kg/cm²，保温时间150～250秒。

3.激光或高频焊接

将复合多层金刚石刀头与圆形钢基体一起放在按图纸要求相应的基***置上，将激光焊 接机的光点调整到刀头与基体合适的位置，启动激光焊接机焊接，使刀头和基体在激光穿透 的瞬间焊接在一起，然后以600N/mm²强度标准对每个金刚石刀头进行焊接强度检测。

4.高频焊接

将刀头和基体安装在专用的高频焊接架上，清理基体表面，摆放银焊片，采用高频加热 在650/750左右将刀头焊接在侧面，焊接好并用百分表测量刀头排布的侧隙是否符合图纸要 求。

5.打磨、喷漆、检验

将焊接后节能高效金刚石锯片先将刀头内侧面喷砂，然后用L型砂轮打磨金刚石刀头的工 作面，并使金刚石暴露出来，将焊接后节能高效金刚石锯片用磨光机打磨基体表面光亮，然 后以600N/mm²强度标准对每个金刚石刀头进行安全焊接强度检测，不合格返工，合格则进行 表面喷漆，烘干，以防止表面生锈，最后丝印，激光打标。

实施例1

取3.0kg的青铜粉、0.3kg的锡粉、0.01kg的石墨粉以及6.64kg的预合金粉末放入混料桶中 混30分钟后，加入0.05kg的液体石蜡以及0.35kg的金刚石颗粒，继续混料3小时后将粉料灌入 模具中冷压成型得到位于中间的金刚石坯层；

取1.0kg的青铜粉、0.3kg的锡粉以及8.65kg的预合金粉末放入混料桶中混30分钟后，加入 0.05kg的液体石蜡以及0.30kg的金刚石颗粒，继续混料3小时后将粉料灌入模具中冷压成型得 到位于两侧的金刚石坯层；

将青铜粉灌入模具中冷压成型得到金属坯层；

将上述金刚石坯层与金属粘结剂坯层间隔设置形成叠层结构(3层金刚石坯层以及2层金 属粘结剂坯层)，然后进行热压烧结，热压烧结的温度为760℃，压力为270kg/cm²，保温时间 为200秒。

将制备的复合多层金刚石刀头与基体一起放在按图纸要求相应的基***置上，将激光焊 接机的光点调整到刀头与基体合适的位置，启动激光焊接机焊接，使刀头和基体在激光穿透 的瞬间焊接在一起，然后以600N/mm²强度标准对每个金刚石刀头进行焊接强度检测，再采用 高频焊接护齿，焊接后将节能高效金刚石锯片用磨光机打磨基体表面光亮，然后用专用砂轮 打磨金刚石刀头的工作面，并使金刚石暴露出来，然后进行表面喷漆，烘干，以防止表面生 锈，最后以600N/mm²强度标准对每个金刚石刀头进行焊接强度检测，不合格返工，合格则进 行表面喷漆，烘干，以防止表面生锈，最后丝印，激光打标。

实施例2

取4.0kg的青铜粉、0.4kg的锡粉、0.01kg的石墨粉以及5.55kg的预合金粉末放入混料桶中 混30分钟后，加入0.04kg的液体石蜡以及0.30kg的金刚石颗粒，继续混料3小时后将粉料灌入 模具中冷压成型得到位于中间的金刚石坯层；

取1.5kg的青铜粉、0.5kg的锡粉以及7.95kg的预合金粉末放入混料桶中混30分钟后，加入 0.05kg的液体石蜡以及0.30kg的金刚石颗粒，继续混料3小时后将粉料灌入模具中冷压成型得 到位于两侧的金刚石坯层；

将青铜粉灌入模具中冷压成型得到金属坯层；

将上述金刚石坯层与金属粘结剂坯层间隔设置形成叠层结构(3层金刚石坯层以及2层金 属粘结剂坯层)，然后进行热压烧结，热压烧结的温度为750℃，压力为280kg/cm²，保温时 间为210秒。热压烧结后采用砂轮砂带打磨金刚石刀头的工作面使金刚石颗粒暴露出来即可。

将制备的复合多层金刚石刀头与基体一起放在按图纸要求相应的基***置上，将激光焊 接机的光点调整到刀头与基体合适的位置，启动激光焊接机焊接，使刀头和基体在激光穿透 的瞬间焊接在一起，然后以600N/mm²强度标准对每个金刚石刀头进行焊接强度检测，再采 用高频焊接护齿，焊接后将节能高效金刚石锯片用磨光机打磨基体表面光亮，然后用专用砂 轮打磨金刚石刀头的工作面，并使金刚石暴露出来，然后进行表面喷漆，烘干，以防止表面 生锈，最后以600N/mm²强度标准对每个金刚石刀头进行焊接强度检测，不合格返工，合格 则进行表面喷漆，烘干，以防止表面生锈，最后丝印，激光打标。

比较例1

取3.0kg的青铜粉、0.3kg的锡粉、0.01kg的石墨粉以及6.64kg的预合金粉末放入混料桶 中混30分钟后，加入0.05kg的液体石蜡以及0.35kg的金刚石颗粒，继续混料3小时后将粉 料灌入模具中冷压成型得到金刚石坯层；将青铜粉灌入模具中冷压成型得到金属坯层；将上 述金刚石坯层与金属粘结剂坯层间隔设置形成叠层结构(3层金刚石坯层以及2层金属粘结 剂坯层)，然后进行热压烧结，热压烧结的温度为760℃，压力为270kg/cm²，保温时间为200 秒。热压烧结后采用砂轮砂带打磨金刚石刀头的工作面使金刚石颗粒暴露出来即可。将制备 的复合多层金刚石刀头与基体一起放在按图纸要求相应的基***置上，将激光焊接机的光点 调整到刀头与基体合适的位置，启动激光焊接机焊接，使刀头和基体在激光穿透的瞬间焊接 在一起，然后以600N/mm²强度标准对每个金刚石刀头进行焊接强度检测，再采用高频焊接 护齿，焊接后将节能高效金刚石锯片用磨光机打磨基体表面光亮，然后用专用砂轮打磨金刚 石刀头的工作面，并使金刚石暴露出来，然后进行表面喷漆，烘干，以防止表面生锈，最后 以600N/mm²强度标准对每个金刚石刀头进行焊接强度检测，不合格返工，合格则进行表面 喷漆，烘干，以防止表面生锈，最后丝印，激光打标。

比较例2

取1.0kg的青铜粉、0.3kg的锡粉以及8.65kg的预合金粉末放入混料桶中混30分钟后， 加入0.05kg的液体石蜡以及0.30kg的金刚石颗粒，继续混料3小时后将粉料灌入模具中冷压 成型得到金刚石坯层；将青铜粉灌入模具中冷压成型得到金属坯层；将上述金刚石坯层与金 属粘结剂坯层间隔设置形成叠层结构(3层金刚石坯层以及2层金属粘结剂坯层)，然后进行 热压烧结，热压烧结的温度为760℃，压力为270kg/cm²，保温时间为200秒。热压烧结后采 用砂轮砂带打磨金刚石刀头的工作面使金刚石颗粒暴露出来即可。将制备的复合多层金刚石 刀头与基体一起放在按图纸要求相应的基***置上，将激光焊接机的光点调整到刀头与基体 合适的位置，启动激光焊接机焊接，使刀头和基体在激光穿透的瞬间焊接在一起，然后以 600N/mm²强度标准对每个金刚石刀头进行焊接强度检测，再采用高频焊接护齿，焊接后将节 能高效金刚石锯片用磨光机打磨基体表面光亮，然后用专用砂轮打磨金刚石刀头的工作面， 并使金刚石暴露出来，然后进行表面喷漆，烘干，以防止表面生锈，最后以600N/mm²强度 标准对每个金刚石刀头进行焊接强度检测，不合格返工，合格则进行表面喷漆，烘干，以防 止表面生锈，最后丝印，激光打标。

利用实施例1～2以及比较例1～2制备的金刚石圆锯片进行切割实验。然后采用恒定的额定 电压，并在相同的速率(0.8m/min)条件下对混凝土(耐压强度为360kgf/cm²)进行切割实 验(切深为50mm)，每个金刚石锯片的切割总长度为100m。图3和图4分别示出了实施例1以及 比较例1的锯片中切割电流随着切割距离的波动图(反映了七个锋利度的波动)，可见采用比 较例1的刀头制备的锯片在初始阶段所需施加的切割电流较小，但随着切割距离的增加，切割 电流也波动升高，反映了切割阻力的增大，并且使得维持相应切割速率条件下所需的能耗增 加，同时由于切割性能波动大，也使得切割的稳定性较差，而采用实施例1制备的刀头制备得 到的锯片，切割电流随距离的增加波动较小，而且平均切割电流稳定在14A左右，由此可见 实施例1制备的刀头锋利性好，而且切割性能稳定。虽未图示，实施例1与比较例2相比，也显 示出了类似的规律，即实施例1制备的刀头锋利性好，而且切割性能更加稳定。

另外，表1示出了根据上述切割实验计算的磨损性能。

表1

对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，但本发 明的范围并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的技术方案进行的各种非实质性的改进， 或未经改进将本发明的技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种节能高效金刚石锯片，包括圆形钢基体以及焊接在圆形钢基体上的复合多层金刚石刀头，其特征在于：包括多层金刚石切割层，相邻的金刚石切割层之间通过金属层粘结，所述金刚石切割层由胎体以及孕镶在胎体中的金刚石颗粒构成；并且位于中间的金刚石切割层中的金刚石颗粒的浓度大于位于两侧的金刚石切割层中的金刚石颗粒的浓度；位于中间的金刚石切割层中的胎体硬度小于位于两侧的金刚石切割层中的胎体硬度。

2.根据权利要求1所述的节能高效金刚石锯片，其特征在于：位于中间的金刚石切割层中的金刚石颗粒的浓度为胎体重量的2.5～3.5wt％，位于两侧的金刚石切割层中的金刚石颗粒的浓度为胎体重量的2.0～3.0wt％，所述位于中间的金刚石切割层中的金刚石颗粒的浓度比位于两侧的金刚石切割层中的金刚石颗粒的浓度高0.3～0.6wt％。

3.根据权利要求1所述的节能高效金刚石锯片，其特征在于：位于中间的金刚石切割层中的胎体HRB硬度为93～100，位于两侧的金刚石切割层中的胎体HRB硬度为100～108，所述位于两侧的金刚石切割层中的胎体HRB硬度比所述位于中间的金刚石切割层中的胎体HRB硬度高5～8。

4.根据权利要求1所述的节能高效金刚石锯片，其特征在于：所述金刚石切割层的层数为3层或5层，所述金属层的层数为2层或4层；所述金刚石切割层的厚度为1.5～3.0mm；所述金属层的厚度为0.5～1.2mm。

5.根据权利要求1所述的节能高效金刚石锯片，其特征在于：位于中间的金刚石切割层以及位于两侧的金刚石切割层均由金刚石颗粒与胎体粉末通过热压烧结而成。

6.根据权利要求5所述的节能高效金刚石锯片，其特征在于：热压烧结的温度为725～800℃，压强为250～300kg/cm²，保温时间为150～250秒。

7.根据权利要求5所述的节能高效金刚石锯片，其特征在于：位于中间的金刚石切割层所采用的胎体粉末由30-40wt％的青铜粉、1-5wt％的锡粉、0.10-0.15wt％的石墨粉、0.1-0.6wt％的液体石蜡以及余量的预合金粉末组成。

8.根据权利要求5所述的节能高效金刚石锯片，其特征在于：位于两侧的金刚石切割层所采用的胎体粉末由10-15wt％的青铜粉、1-5wt％的锡粉、0.1-0.6wt％的液体石蜡以及余量的预合金粉末组成。

9.根据权利要求7或8所述的节能高效金刚石锯片，其特征在于：所述预合金粉末为FeCuSnNi预合金粉，并且所述预合金粉末中含有35.5-36.5wt％的Cu、7.5-9.0wt％的Sn、11.5-12.2wt％的Ni，以及余量的Fe，所述预合金粉末的费氏粒度为6-8μm。

10.权利要求1所述的节能高效金刚石锯片的制备方法，包括将圆形钢基体以及复合多层金刚石刀头进行焊接的步骤，其特征在于所述复合多层金刚石刀头的制备包括以下步骤：

(1)按照配比将金刚石颗粒与胎体粉末混合均匀并冷压成位于中间的金刚石坯层以及位于两侧的金刚石坯层；

(2)将青铜粉冷压形成金属坯层；

(3)将位于中间的金刚石坯层、位于两侧的金刚石坯层与金属坯层依据顺序形成叠层结构；

(4)对叠层结构进行热压烧结，热压烧结的温度为725～800℃，压强为250～300kg/cm²，保温时间150～250秒。