CN114603710A - 一种金刚石均匀分布的冷压金刚石圆锯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金刚石圆锯片及其冷压加工方法，所述冷压加工方法包括首先获得包裹有胎体粉末的金刚石颗粒，其后将包裹有胎体粉末的金刚石颗粒经冷压与基体形成圆锯片坯料，其后将所述圆锯片坯料烧结得到金刚石圆锯片的过程，其中胎体粉末含有10～75份铁、0～80份铜、0～30份钴、0～10份镍、0～10份锡。本发明制得的金刚石圆锯片中金刚石颗粒分布均匀、无堆积团聚或偏析现象出现，其制造成本低、锯片锋利度高、使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及金刚石刀具的技术领域，特别涉及金刚石圆锯片的冷压加工方法的技术领域。
背景技术
金刚石圆锯片是一种切割用薄片刀具，因其硬度高、切割效率高、适应性强等优势在木材、石材、金属材料、陶瓷、混凝土等材料的切割上得到了极其广泛的应用。金刚石圆锯片通常由圆盘状的基体及与基体结合的刀头组成。其中刀头是在使用过程中通过自身与被切割材料间的摩擦起到切割作用的部分，而刀头之所以能起到这样的切割作用是因为其中含有金刚石，金刚石颗粒由金属材料包裹在刀头内部。
现有技术中对金刚石圆锯片的加工方法主要包括压制成型、焊接成型、电镀成型等方式，其中压制成型的过程相对更简单、生产成本较低、环境危害性更小。压制成型加工方法根据其得到刀头的过程又分为冷压加工方法和热压加工方法，其中热压加工方法为在刀头成型的过程中同时对其进行加热与加压，以此得到与基体结合的刀头，而冷压加工方法即在刀头成型的过程中不进行加热。可以看出，冷压的加工方法对能源的消耗更少、加工过程更简单、生产成本更低、环境危害更少。
现有冷压加工方法多通过将金刚石原料颗粒与包含金刚石原料颗粒的金属胎体粉末及润湿剂等在混料机中进行机械混合其后压制成型的过程实现，这种加工方法容易出现金刚石堆积偏析的现象，在切割中严重降低了金刚石的利用率，降低了锯片的切割效率和寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可使得金刚石颗粒在刀头内均匀分布、且不出现堆积、聚集或偏析现象的金刚石锯片的冷压加工方法，同时通过该方法获得的金刚石圆锯片的成本低、锯片锋利度高、导热性好、使用寿命长、切割时应力分布均匀。
本发明首先提供了一种金刚石圆锯片的冷压加工方法，其包括如下的过程：
获得包裹有胎体粉末的金刚石颗粒；
将包裹有胎体粉末的金刚石颗粒经模具冷压与基体组合形成圆锯片坯料；
将所述圆锯片坯料烧结得到金刚石圆锯片；
其中所述胎体粉末按质量份计，包括10～78份铁、0～80份铜、0～30份钴、0～10份镍、0～10份锡。
在本发明的一些实施方式中，所述胎体粉末按质量份计，包括10～78份铁、5～80份铜、2～30份钴、0～10份镍、0～10份锡。
在本发明的另一些实施方式中，所述胎体粉末按质量份计，包括10～78份铁、5～80份铜、2～30份钴、1～10份镍、2～10份锡。
本发明中胎体粉末全部选择金属成分，具有较强的导热性和韧性，同时对金刚石颗粒的包裹能力强，在本发明的配比下，金属粉末与金刚石颗粒具有最佳的协同作用，使所得金刚石圆锯片同时还具有高强度、高锋利度。
本发明通过将包裹有胎体粉末的金刚石颗粒冷压制备得到金刚石圆锯片，相对于热压工艺，压制过程中包裹颗粒表面能低，不会出现堆积团聚，颗粒分布更均匀，锯片内部不会积聚热应力，在合适的工艺条件下，得到的圆锯片断裂及破损几率更低。
在本发明的一种具体实施方式中，所述包裹有胎体粉末的金刚石颗粒的外面均匀包裹着所需的胎体粉末。
发明人意外地发现，在包裹有胎体粉末的金刚石颗粒外周，将所需胎体粉末全部均匀包裹在金刚石表面时，得到的金刚石圆锯片具有最好的力学性能和热学性能，同时其与冷压工艺的配合和协同作用最佳。
优选地，将30～80质量％所需胎体粉末包裹在金刚石颗粒表面。
在本发明的一种具体实施方式中所述包裹有胎体粉末的金刚石颗粒的获得包括：
在金刚石原料颗粒表面覆盖有机粘结剂，其后与混合均匀的所述胎体粉末进行粘接吸附。
在一些更具体的实施方式中，覆盖的过程可采用如喷涂、沉积、电镀、浸渍等多种加工手段。
所述有机粘结剂是指的能够粘结金刚石颗粒与所述胎体粉末的有机物，例如聚丙烯酸胶水等。
优选的，所述有机粘结剂选用聚丙烯酸胶水。
在本发明的另一种具体实施方式中，所述包裹有胎体粉末的金刚石颗粒的获得包括：
在经过预包覆的金刚石颗粒表面覆盖有机粘结剂，其后与所述胎体粉末进行粘接吸附，所述预包覆为在金刚石原料颗粒表面包覆至少一种单金属粉末和/或预合金粉末，所述单金属粉末选自铁、铜、钴、钨、铬、钼和镍中至少一种，所述预合金粉末选自铁、铜、锡、镍和钴中的至少两种。
发明人意外地发现，该实施方式中，通过选择特定的金属粉末对金刚石原料颗粒进行预包覆可显著提升胎体粉末对金刚石的把持力，使得锯片使用过程中金刚石更不易脱落，由此进一步提高了锯片的使用寿命和锋利度，同时所选的金属粉末能与金刚石原料颗粒、胎体粉末及有机粘结剂有效协同，增强几者之间的相互连接强度，并在冷压并烧结后形成稳定的相结构。
金属粉末的预包覆过程可以类似的，先在金刚石原料颗粒表面覆盖有机粘结剂，其后使所述金属粉末粘接在有机粘结剂表面得到预包覆的金刚石颗粒。在此过程中使用的有机粘结剂可与胎体粉末的包裹过程中使用的有机粘结剂相同，也可不同，优选的是，所用有机粘结剂相同并均为聚丙烯酸胶水。
在本发明的一种具体实施方式中，所述胎体粉末的粒度为200～1000目。
在本发明的其他实施方式中，所述胎体粉末的粒度＜1000目。
在本发明的一种具体实施方式中，所述金刚石原料为20/25～80/100金刚石中任一种或多种，例如20/25、30/35、40/45、80/100，以及它们之间的任意值。
该实施方式中，所述20/25或80/100为本技术领域内统一的金刚石粒度表示方式，其中20/25金刚石表示粒径为710/850μm的金刚石、80/100金刚石表示粒径为150/180μm的金刚石。
在本发明的一种具体实施方式中，所述包裹有胎体粉末的金刚石颗粒的粒径相对于金刚石原料颗粒的粒径大0.01～5mm。
可以理解的是，如果该实施方式中所述包裹有胎体粉末的金刚石颗粒是经过所述预包覆过程获得的，则其包裹后的粒径应当包括预包覆产生的金属粉末层在内。
在本发明的一种具体实施方式中，所述冷压的压力为100～600MPa。
发明人意外地发现，在该冷压压力下通过本发明的加工方法获得圆锯片具有最佳的力学和热学性能，并具有最长的使用寿命和切割效率。
在本发明的一种具体实施方式中，所述烧结温度为680～900℃，优选为在720～760℃烧结温度下保温加压20～45min，其中，加压压力为8～12KN(千牛)。
在本发明的一种具体实施方式中，所述烧结的过程包括：对所述圆锯片坯料升温至200℃，其后在200～300℃内保温10～60min，其后继续升温至680-900℃，并保温加压30min，且加压压力为10KN。
本发明进一步提供了一些金刚石圆锯片，其可通过上述任一种冷压加工方法或其具体的或优选的实施方式制备得到。
所述金刚石圆锯片的基体可选择如65Mn、75Cr1、50CrV4等多种材料，其锯片的形状可选择如分齿式、连续式、波纹形等多种形式。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明获得圆锯片中金刚石颗粒分布均匀、在加工过程中或成品后均不会出现堆积、团聚、偏析；
(2)本发明的胎体材料均选择为金属材料，具有良好的韧性和导热性，同时胎体材料对金刚石颗粒具有良好的包裹能力，在冷压下具有良好的延展性和相互浸润性，特别适合与冷压工艺相结合，同时，在烧结去除有机粘结剂后，胎体粉末可维持对金刚石颗粒的包裹和连接能力，形成稳定的相结构，使所得锯片中的金刚石相对于传统加工方法更不易脱落，明显提升了锯片的锋利度或切割效率及使用寿命；
(3)本发明的加工方法中，使用特定配比的胎体材料与金刚石颗粒包裹，其后经特殊的冷压工艺烧结得到金刚石圆锯片，通过材料与加工方法的配合，在全部使用金属粉末作为胎体材料的情况下，得到了硬度高、强度大同时韧性好的切割刀具；
(4)在本发明的一种优选实施方式中，包裹有胎体粉末的金刚石颗粒首先进行了与单金属粉末的预包覆，可进一步提高产品的切割效率或锋利度、以及切割效果和使用寿命；
(5)本发明所得金刚石圆锯片相对于直接将胎体粉末与金刚石混合后冷压烧结成型的圆锯片切割效率或锋利度提升了50％以上，锯片使用寿命提升了40％以上，冷压用模具的使用寿命增加了2倍以上。
附图说明
图1为本发明中所述金刚石原料颗粒及只包裹有胎体粉末的金刚石颗粒的结构示意图，其中1-金刚石原料颗粒，2-包裹有胎体粉末的金刚石颗粒；
图2为本发明进行冷压时各材料的配置情况示意图，其中3-圆锯片基体，4-位于模具内的包裹有胎体粉末的金刚石颗粒；
图3为本发明经冷压成型后的圆锯片坯料的结构示意图，其中5-压制成型后的坯料。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，其并不用于限定本发明。
实施例1
通过以下冷压加工方法获得金刚石圆锯片：
(1)按照表1的胎体粉末粒度及质量配比，将Fe粉、Cu粉，Co粉，Ni粉和Sn粉通过混料机混合均匀。
(2)按照表1的金刚石用量和金刚石粒径，将金刚石原料颗粒放置于包裹设备中进行翻滚，同时向其表面喷涂有机粘结剂，喷涂完成后向其中加入混合均匀的胎体粉末进行包裹，包裹过程进行一到多次，至包裹后的球状颗粒的粒径大于金刚石粒径的0.01～5mm。所得到的金刚石颗粒的结构示意图如图1所示，其中金刚石原料颗粒1外包覆胎体粉末得到包裹有胎体粉末的金刚石颗粒2。
(3)对完成包裹的球状颗粒进行筛选，剔除直径达不到要求的颗粒，其后将筛选合格的颗粒放入冷压模具内，在200MPa的冷压压力下与基体压制为圆锯片坯料，然后在720℃下于烧结炉中烧结得到金刚石圆锯片，烧结炉可选择如罩式加压炉、隧道炉等加热设备。
其中，冷压过程的材料配置情况如图2所示，在圆锯片基体3外周为位于模具内的包裹有胎体粉末的金刚石颗粒4，如图3所示，为得到的压制成型后的坯料5。
实施例2
按实施例1的过程获得金刚石圆锯片，其中胎体粉末、金刚石原料颗粒、金刚石用量(以金刚石与胎体粉末的质量比计)、有机粘结剂、包裹后的金刚石颗粒粒径如下表1所示：
表1
对得到的圆锯片样品进行测试，其中以单位时间内的切割米数衡量切割效率或刀具锋利度，单位时间内基体特定位置处的升温温度衡量其导热性能，单位压力作用下直到破坏时单位面积上所能承受的最大应力衡量其强度，以刀头从全新到全部消耗完计算其使用寿命，结果如下表2所示：
表2
| 样品 | 切割效率 | 导热性 | 强度 | 韧性 | 使用寿命 |
| 1 | 1.5 | 1.3 | 1.1 | 1.2 | 1.3 |
| 2 | 1.4 | 1.25 | 1.08 | 1.18 | 1.4 |
| 3 | 1.6 | 1.35 | 1.1 | 1.2 | 1.35 |
其中，以直接混料法制得的金刚石圆锯片为基准(如下对比例1制备的金刚石圆锯片)，将其性能设定为1进行对比。
实施例3
通过以下冷压加工方法获得金刚石圆锯片：
(1)称取预包覆金属粉末铁、铜、钴、钨、铬、钼和镍粉中的至少一种，称取量满足表3的包覆后粒径；
(2)将金刚石原料颗粒放置于包裹设备中进行翻滚，同时向其表面喷涂有机粘结剂，喷涂完成后向其中加入步骤(1)称取的金属粉末进行预包裹，预包裹过程进行一到多次，至预包裹后的球状颗粒的粒径大于金刚石粒径的0.01～1mm，得到预包覆颗粒；
(3)按照表3的胎体粉末粒度及质量配比，将Fe粉、Cu粉，Co粉，Ni粉和Sn粉通过混料机混合均匀；
(4)将预包覆颗粒放置于包裹设备中进行翻滚，同时向其表面喷涂有机粘结剂，喷涂完成后向其中加入步骤(3)获得混合粉末进行包裹，包裹过程进行一到多次，至包裹后的球状颗粒的粒径大于金刚石粒径的0.02～5mm；
(5)对步骤(4)完成包裹的球状颗粒进行筛选，剔除直径达不到要求的颗粒，其后将筛选合格的颗粒放入冷压模具内，在450MPa的冷压压力下与基体进行压制为圆锯片坯料，其后在860℃下于烧结炉中烧结得到金刚石圆锯片，烧结炉可选择如罩式加压炉、连续加压隧道炉等其它加热设备。
实施例4
按实施例3的过程获得金刚石圆锯片，其中胎体粉末、金属粉末、金刚石原料颗粒、金刚石含量(以金刚石与胎体粉末的质量比计)、有机粘结剂、包裹后的金刚石颗粒粒径如下表3所示：
表3
其中，预合金粉末选择铁、铜、锡、镍和钴的混合物。
采用实施例2的方法对得到的圆锯片样品进行测试，结果如下表4所示：
表4
| 样品 | 切割效率 | 导热性 | 强度 | 韧性 | 使用寿命 |
| 4 | 1.56 | 1.3 | 1.1 | 1.2 | 1.32 |
| 5 | 1.48 | 1.28 | 1.08 | 1.18 | 1.4 |
| 6 | 1.65 | 1.3 | 1.1 | 1.2 | 1.4 |
其中，以直接混料法制得的金刚石圆锯片为基准(如下对比例1制备的金刚石圆锯片)，将其性能设定为1进行对比。
对比例1
选择与样品1同的胎体粉末、金刚石原料颗粒和金刚石用量，经过如下的加工步骤获得对比样品1：
将胎体粉末、金刚石原料、与润湿剂在混料机内混合均匀，其后将混合物放入冷压模具内，在200MPa冷压压力下与基体压制为圆锯片坯料，其后在720℃下在烧结炉中烧结得到金刚石圆锯片。
对本对比例得到的圆锯片进行测试，以该圆锯片为基准，即切割效率为1.0，导热性为1.0，强度为1.0，韧性为1.0，使用寿命为1.0。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种金刚石圆锯片的冷压加工方法，包括：
获得包裹有胎体粉末的金刚石颗粒；
将包裹有胎体粉末的金刚石颗粒经模具冷压与基体组合形成圆锯片坯料；
将所述圆锯片坯料烧结得到金刚石圆锯片；
其中所述胎体粉末按质量份计，包括10～78份铁、0～80份铜、0～30份钴、0～10份镍、0～10份锡。
2.根据权利要求1所述的冷压加工方法，其特征在于，所述胎体粉末按质量份计包括10～78份铁、5～80份铜、2～30份钴、0～10份镍、0～10份锡。
3.根据权利要求1或2所述的加工方法，其特征在于，所述胎体粉末按质量份计，包括10～78份铁、5～80份铜、2～30份钴、1～10份镍、2～10份锡。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的冷压加工方法，其特征在于：所述包裹有胎体粉末的金刚石颗粒的获得包括：
在金刚石原料颗粒表面覆盖有机粘结剂，其后与混合均匀的所述胎体粉末进行粘接吸附。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的冷压加工方法，其特征在于：所述包裹有胎体粉末的金刚石颗粒的获得包括：
在经过预包覆的金刚石颗粒表面覆盖有机粘结剂，其后与所述胎体粉末进行粘接吸附，所述预包覆为在金刚石原料颗粒表面包覆至少一种单金属粉末和/或预合金粉末，所述单金属选自铁、铜、钴、钨、铬、钼和镍中的至少一种，所述预合金粉末选自铁、铜、锡、镍和钴中的至少两种。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的冷压加工方法，其特征在于：所述胎体粉末的粒度为100～1000目；和/或，
所述胎体粉末的粒度＜1000目。
7.根据权利要求4～6中任一项所述的冷压加工方法，其特征在于：所述金刚石原料为20/25～80/100金刚石中任一种或多种。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的冷压加工方法，其特征在于：所述包裹有胎体粉末的金刚石颗粒的粒径相对于金刚石原料颗粒的粒径大0.01～5mm。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的冷压加工方法，其特征在于：所述冷压压力为100～600MPa；和/或，
所述烧结的条件包括：烧结温度为680～900℃，优选为720～760℃，保温加压时间为20～45min，所述加压压力为8～12KN。
10.一种金刚石圆锯片，其根据权利要求1～9中任一项所述的冷压加工方法制备得到。
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| CN116197397A (zh) * | 2023-02-23 | 2023-06-02 | 长沙百通新材料科技有限公司 | 一种金刚石串珠及其制备方法 |
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