CN112355921A - 金刚石金属结合剂复合材料制件及其制造方法和应用 - Google Patents

金刚石金属结合剂复合材料制件及其制造方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种金刚石金属结合剂复合材料制件及其制造方法和应用，金刚石金属结合剂复合材料制件的制造方法，包括以下步骤：裁剪一定外形尺寸、轮廓的金属筛网作为制件支撑基本件；按特定比例混制金刚石金属结合剂产品粉末；将金属筛网和金刚石金属结合剂产品粉末置于成型模具中进行整体压制成型；脱模，对压制成型的坯料进行无压烧结，得到金刚石金属结合剂复合材料制件半成品；对金刚石金属结合剂复合材料制件半成品进行喷砂处理，将其与弹性垫、勾布按由上至下的顺序依次粘结在一起，得到金刚石金属结合剂复合材料制件。本发明的金刚石金属结合剂复合材料制件适合摊铺的大理石、花岗岩的剪口的高速磨抛处理，其磨削效率高，胎体抗压强度高。

Description

金刚石金属结合剂复合材料制件及其制造方法和应用
技术领域
本发明涉及金刚石磨料技术领域，特别是涉及一种金刚石金属结合剂复合材料制件及其制造方法和应用。
背景技术
在石材加工流程中，打磨抛光是一步重要工序，通常常采用金刚石复合材料作为打磨头，此种打磨头的制作方法为：采用石墨模具热压制备得到金刚石刀头后，再将金刚石刀头与金属基体件通过钎焊方式连接，采用上述传统方式制备的金刚石金属结合剂磨料的制造成本高，且传统的金刚石金属结合剂工具不适合摊铺的大理石、花岗岩的剪口的高速磨抛处理，其磨削效率低，胎体抗压强度低。
发明内容
为克服现有技术存在的技术缺陷，本发明提供一种金刚石金属结合剂复合材料制件及其制造方法和应用，本发明提供的金刚石金属结合剂复合材料制件性能优异，磨削效率高，胎体抗压强度高，为摊铺大理石、花岗岩剪口快速磨抛打磨处理提供了新的解决方案。
本发明采用的技术解决方案是：金刚石金属结合剂复合材料制件的制造方法，包括以下步骤：
裁剪一定外形尺寸、轮廓的金属筛网作为制件支撑基本件；
按特定比例混制金刚石金属结合剂产品粉末；
将金属筛网和金刚石金属结合剂产品粉末置于成型模具中进行整体压制成型；
脱模，对压制成型的坯料进行无压烧结，得到金刚石金属结合剂复合材料制件半成品；
对金刚石金属结合剂复合材料制件半成品进行喷砂处理，再将其与弹性垫、勾布按由上至下的顺序依次粘结在一起，得到金刚石金属结合剂复合材料制件。
优选地，所述金属筛网的目数为5-600目。
优选地，所述金属筛网采用不锈钢筛网或合金筛网。
优选地，所述金刚石金属结合剂产品粉末为金属粉末与金刚石粉末的混合物，所述金属粉末与金刚石的质量比为(8.5-9.5):1，所述金属粉末的粒度为120-150目，所述金刚石的粒度为10-800目。
优选地，所述金属粉末的组成为：铁13wt.％-25wt.％、铜29wt.％-41wt.％、镍7wt.％-13wt.％、锡5wt.％-11wt.％、钴11wt.％-25wt.％、锰0.5wt.％-2.5wt.％、硅0.2wt.％-1wt.％、铬2wt.％-8wt.％和碳化钨2wt.％-10wt.％。
优选地，金属筛网和金刚石金属结合剂产品粉末在成型模具中进行整体压制成型的压力为1-100kg/cm2。
优选地，对压制成型的坯料进行无压烧结的温度为650℃-950℃，保温时间为1-1.5小时。
优选地，所述弹性垫的厚度为0.5mm-15mm.
本发明还提供一种金刚石金属结合剂复合材料制件，其采用上述的金刚石金属结合剂复合材料制件的制造方法制作而成。
本发明还提供了上述金刚石金属结合剂复合材料制件作为金刚石磨料的应用。
本发明的有益效果在于：采用本发明提供的方法制备的金刚石金属结合剂复合材料制品材质轻，贴合效果好、减震效果好，磨削阻力线，当采用其在磨抛石材时，金刚石金属结合剂复合材料制品与石材是柔性接触，可以解决传统金刚石金属结合剂产品不适合用于高速研磨机磨抛大理石花岗岩剪口的问题，为大理石、花岗岩磨抛提供了全新的、快速施工的解决方案，大大降低了大理石、花岗岩的磨抛施工成本；
进一步地，本发明制造过程中不使用任何石墨材料，且成型钢模可反复多次使用，使用寿命可达成百上千次，中间省掉焊接工序，其制造成本、能源消耗不仅远低于传统金刚石金属结合剂工具制造方法，而且生产效率还远高于传统金刚石金属结合剂工具制造方法。
附图说明
图1为本发明中金刚石金属结合剂复合材料制件压制成型的结构示意图。
图2为本发明金刚石金属结合剂复合材料制件的层结构示意图。
图3为本发明金刚石金属结合剂复合材料制件的俯视图。
附图标记说明：1、金属筛网支撑基本件；2、金刚石金属结合剂产品粉末；3、成型钢模；301、上模；302、下模；4、压机；5、弹性垫；6、勾布；7、刀头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
本发明提供一种金刚石金属结合剂复合材料的制作方法，包括以下步骤：
裁剪一定外形尺寸、轮廓的金属筛网作为制件支撑基本件；
按特定比例混制金刚石金属结合剂产品粉末2；
将金属筛网和金刚石金属结合剂产品粉末2置于成型模具中进行整体压制成型；
脱模，对压制成型的坯料进行无压烧结，得到金刚石金属结合剂复合材料制件半成品；
对金刚石金属结合剂复合材料制件半成品进行喷砂处理，再将其与弹性垫5、勾布6按由上至下的顺序依次粘结在一起，得到金刚石金属结合剂复合材料制件。
本发明提供的金刚石金属结合剂复合材料制件制造方法，通过成型钢模3将金属筛网支撑基本件1与金刚石金属颗粒整体压制成型，经无压烧结方法烧制成金刚石金属结合剂半成品，再通过固体胶将其依次与弹性垫5、勾布6粘接在一起，得到金刚石金属结合剂复合材料制件；所得金刚石金属结合剂复合材料制件材质轻，贴合效果好、减震效果好、磨削阻力小，可以解决传统金属结合剂制品不适用于研磨机高速磨抛大理石花岗岩剪口的问题，为大理石、花岗岩磨抛提供了全新的、快速施工的解决方案，大大的降低了大理石、花岗岩的磨抛施工成本。喷砂处理的作用是为了处理掉烧结过程中制件表面的氧化物，提高后续在进行复合粘结时其和弹性垫5之间的粘结强度，提升产品粘结质量，提高产品在高速磨削时的安全系数。
传统方式制造的金刚石金属结合剂刀头需要用到大量的石墨模具(石墨模具的使用寿命一般就只有10次左右)、电能，存在着资源开采、高能耗和环境污染问题；在原材料不断上涨的今天，金刚石磨料的生产成本大大增加，且不适于当今环境友好型社会的发展需求。本发明制造过程中不使用任何石墨材料，且成型钢模3可反复多次使用，使用寿命可达成百上千次，中间省掉焊接工序，其制造成本、能源消耗不仅远低于传统金刚石工具制造方法，而且生产效率还远高于传统金刚石工具制造方法。
在本发明中，采用上述制造方法制得的金刚石金属结合剂复合材料制件作为金刚石磨料，金刚石磨料包括支撑基本件和设置于支撑基本件上的刀头7，所述支撑基本件由各种材质的金属筛网冲压裁剪形成，所述金属筛网制成的支撑基本件形状可以为各种尺寸的圆形、正方形、长方形、椭圆形等对称几何形状；所述刀头7的个数可以为1个，也可以为多个，其形状由成型钢模3的形状决定，包括圆形、长方形、正方形、箭头形、菱形、半球形、弧形、椭圆形及各种多边形，本发明对此不作特殊限定，根据实际需要选择即可，采用金属筛网作为金刚石磨料的支撑基本件，有利于增加设置刀头区域的物理保持力，实现机械把持成型，同时降低了金刚石磨料的自身重量，减小金刚石磨料使用过程中的阻力。
优选地，所述金属筛网采用不锈钢筛网或合金筛网，合金筛网可采用铜合金筛网：如各种牌号的黄铜合金、铍青铜合金、锡青铜合金筛网等，也可采用其它合金材质的筛网，所用筛网目数范围优先为5-600目。
在本发明中，所述金刚石金属结合剂产品粉末2为金属粉末与金刚石粉末的混合物，所述金属粉末与金刚石的质量比为(8.5-9.5)：1，更优选为9：1，所述金属粉末的组成为：铁13wt.％-25wt.％、铜29wt.％-41wt.％、镍7wt.％-13wt.％、锡5wt.％-11wt.％、钴11wt.％-25wt.％、锰0.5wt.％-2.5wt.％、硅0.2wt.％-1wt.％、铬2wt.％-8wt.％和碳化钨2wt.％-10wt.％。所述金属粉末的粒度为120-150目，所述金刚石的粒度为10-800目。
在得到金属筛网制作的支撑基本件和金刚石金属结合剂产品粉末2后，将二者置于成型钢模3中进行整体压制成型，脱模后进行无压烧结，得到金刚石技术结合剂复合材料制件半成品，优选地，本发明的成型钢膜包括上模301和与之匹配的下模302，将金属筛网制作的支撑基本件置于成型钢模3的下模302中，将金刚石金属结合剂产品粉末2填充在成型钢模3的上模301中，将盛放有金属筛网的下模302和盛放有金刚石金属结合剂产品粉末2的上模301组装，再利用压机4压制组装后的成型钢模3，实现成型钢模3内金属筛网和金刚石金属结合剂产品粉末2的整体压制成型，所述刀头7的形状具体由成型钢模3的上模301的型腔形状决定，用户可根据实际需要选择即可，优选地，金属筛网和金刚石金属结合剂产品粉末2在成型模具中进行整体压制成型的压力为1-100kg/cm2，更优选为70-100kg/cm2。
在本发明中，所述无压烧结优选包括真空烧结或气氛烧结，无压烧结的温度为650℃-950℃，保温时间优选为1-1.5小时，所述真空烧结的真空度优选＜0.01pa；为所述气氛烧结提供烧结气氛的气体优选包括氢气、氮气、甲烷、氩气或氦气。本发明利用无压烧结有利于获得致密度高、胎体对金刚石保持力好的产品；且可以大批量生产，提高生产效率。
本发明金刚石金属结合剂复合材料制件通过增加缓冲弹性垫5，减少使用过程的撞击力，具体的，所述弹性垫5的厚度优先为0.5mm-15mm，优选地，所述弹性垫5为橡胶垫或泡沫垫；金刚石金属结合剂制件半成品、弹性垫5及勾布6之间通过固体胶依次粘结在一起，所述固体胶为AB胶、环氧树脂液体固化胶等。
本发明还提供上述技术方案制备的金刚石金属结合剂复合材料制件作为金刚石磨料的应用。在本发明中，所述金刚石金属结合剂复合材料制件可以作为金刚石磨料使用，优选作为大理石、花岗岩剪口磨片磨料使用，磨削效率明显优于传统工艺生产的制品。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明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
将金属筛网支撑基本件1(材质具体为304不锈钢筛网，筛网目数为120目)通过冲压裁剪为外形尺寸为φ100mm的圆形；
将金刚石-金属粉末配方置于混料机中，在室温、空气常压条件下混制1h，所述金属粉末与金刚石的质量比为9：1；金刚石的粒度为10-800目；金属粉末的组成为铁19wt.％、铜33.5wt.％、镍10wt.％、锡8wt.％、钴18wt.％、锰2.5wt.％、硅1wt.％、铬4wt.％和碳化钨4wt.％。，金属粉末的粒度为120-150目；
将所述304不锈钢筛网支撑基本件件置于成型钢模3的下模302中，将金刚石合金粉末置于成型钢模3的上模301中，将盛放有304不锈钢筛网支撑基本件件的下模302和盛放有金刚石合金粉末的上模301组装，利用压机4压制组装后的成型钢模3，实现成型钢模3内粗化金属基体件和金刚石金属颗粒的整体压制成型(压力为100kg/cm2)，之后在910℃条件下真空烧结1.5h(真空度＜0.01pa)，获得金刚石金属结合剂复合材料制件半成品，记为1#制品，其中，包括10个椭圆形的刀头7，刀头7尺寸为24mm*15mm。
实施例2
参照实施例1的方法制备金刚石金属结合剂制件半成品，不同之处在于：金属粉末的组成为：铁13wt.％、铜27.5wt.％、镍10wt.％、锡5wt.％、钴25wt.％、锰1wt.％、硅0.5wt.％、铬8wt.％和碳化钨10wt.％，烧结温度为910℃，烧结时间为2h。
实施例3
参照实施例1的方法制备金刚石金属结合剂制件办成品，不同之处在于：金属粉末的组成为：铁19wt.％、铜36.3wt.％、镍10wt.％、锡8wt.％、钴18wt.％、锰0.5wt.％、硅0.2wt.％、铬4wt.％和碳化钨4wt.％，烧结温度为910℃，烧结时间为2小时。
对比例
将实施例1、实施例2、实施例3的制品与目前市面上通用的大理石、花岗岩剪口磨片进行对比测试。
对实施例1、实施例2、实施例3和对比例中的产品进行性能测试，具体如下：
胎体抗压强度测试标准：GB/T-228-2002；
致密度测试方法：阿基米德排水法；
磨削效率测试方法：在大理石地坪上使用Blastrac厂家的735PRO磨机进行磨削测试。
测试结果见表1。
表1实施例制品的性能测试结果
项目 1#制品 2#制品 3#制品 对比例
胎体抗压强度(MPa) 803 829 869 574
致密度(％) 97.1 97.3 95.1 80.3
磨削效率(m<sup>2</sup>/8h) 563 556 391 173
由表1可知，与对比例中传统工艺生产的制品相比，采用本发明方法制备的制品半成品致密度提升20％以上，胎体抗压强度提升40％左右，胎体抗压强度提升说明胎体对金刚石的保持力提高，会使制品的锋利性大幅提升，制品磨削地坪时，其磨削效率会显著提高。
同时，由表1可知，采用本发明方法制备的制品半成品磨削效率比对比例制品磨削效率提升2倍以上。这说明本实施例提供的金刚石金属结合剂复合材料制件半成品的磨削效率明显优于市面上通用的的剪口磨片制品。
通过改变锰、硅微量元素的含量得到1#制品、2#制品及3#制品，锰、硅微量元素的添加可以提高制品的锋利性，提高磨削效率，提高锰、硅的含量可提高制品的磨削效率。
对金刚石金属结合剂复合材料制件半成品进行喷砂处理，再将其与弹性垫5、勾布6按由上至下的顺序依次粘结在一起，得到金刚石金属结合剂复合材料制件，将金刚石金属结合剂复合材料制件装配到磨机上即可进行石材打磨。
此外，本发明制造过程中不使用任何石墨材料，且成型钢模3可反复多次使用，使用寿命可达成百上千次，中间省掉焊接工序，其制造成本、能源消耗不仅远低于传统金刚石工具制造方法，而且生产效率还远高于传统金刚石工具制造方法。
以上显示和描述了本发明创造的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明创造精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.金刚石金属结合剂复合材料制件的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
裁剪一定外形尺寸、轮廓的金属筛网作为制件支撑基本件；
按特定比例混制金刚石金属结合剂产品粉末；
将金属筛网和金刚石金属结合剂产品粉末置于成型模具中进行整体压制成型；
脱模，对压制成型的坯料进行无压烧结，得到金刚石金属结合剂复合材料制件半成品；
对金刚石金属结合剂复合材料制件半成品进行喷砂处理，再将其与弹性垫、勾布按由上至下的顺序依次粘结在一起，得到金刚石金属结合剂复合材料制件。
2.根据权利要求1所述的金刚石金属结合剂复合材料制件的制造方法，其特征在于：所述金属筛网的目数为5-600目。
3.根据权利要求1所述的金刚石金属结合剂复合材料制件的制造方法，其特征在于：所述金属筛网采用不锈钢筛网或合金筛网。
4.根据权利要求1所述的金刚石金属结合剂复合材料制件的制造方法，其特征在于：所述金刚石金属结合剂产品粉末为金属粉末与金刚石粉末的混合物，所述金属粉末与金刚石的质量比为（8.5-9.5）:1，所述金属粉末的粒度为120-150目，所述金刚石的粒度为10-800目。
5.根据权利要求4所述的金刚石金属结合剂复合材料制件的制造方法，其特征在于：所述金属粉末的组成为：铁13wt.%-25 wt.%、铜29wt.%-41 wt.%、镍7wt.%-13 wt.%、锡5wt.%-11 wt.%、钴11wt.%-25 wt.%、锰0.5wt.% -2.5wt.%、硅0.2wt.%-1 wt.%、铬2wt.%-8 wt.%和碳化钨2wt.%-10 wt.%。
6.根据权利要求1所述的金刚石金属结合剂复合材料制件的制造方法，其特征在于：金属筛网和金刚石金属结合剂产品粉末在成型模具中进行整体压制成型的压力为1-100 kg/cm2。
7.根据权利要求1所述的金刚石金属结合剂复合材料制件的制造方法，其特征在于：对压制成型的坯料进行无压烧结的温度为650℃-950℃，保温时间为1-1.5小时。
8.根据权利要求1所述的金刚石金属结合剂复合材料制件的制造方法，其特征在于：所述弹性垫的厚度为0.5mm-15mm。
9.金刚石金属结合剂复合材料制件，其特征在于：其采用如权利要求1至8任一项所述的金刚石金属结合剂复合材料制件的制造方法制作而成。
10.根据权利要求9所述的金刚石金属结合剂复合材料制件作为金刚石磨料的应用。
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