金剛石圓鋸片刀頭及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及超硬材料領域，尤其涉及一種金剛石圓鋸片刀頭及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 金剛石工具絕大多數是將粘結劑與人造金剛石顆粒相混合，經成形、燒結而成的 孕鑲式工具。金剛石顆粒主要起到切削刃的作用，胎體結合劑主要起到固定金剛石顆粒的 作用，以充分高效地發揮金剛石顆粒的切削、磨削作用，以其優越的切削、磨削和耐磨等性 能被廣泛應用于石材、陶瓷、混凝土等行業中。
[0003] 孕鑲式金剛石刀頭通常是金剛石顆粒與胎體結合劑按一定質量比例等參數直接 混合，然后經熱壓成型，也可先經冷壓成型再經熱壓成型，總之目前，大多數孕鑲式金剛石 鋸片都是通過熱壓燒結這一工藝制得。熱壓只適用于燒結形狀規則的樣品，并且效率較低， 同時也具有能耗高、勞動密集、石墨模具損耗等缺點。
[0004]自由燒結（Free Sinter)，亦稱無壓燒結，指在正常壓力（0? IMPa)下將具有一定 形狀的坯料在真空（或氣氛保護）下經高溫煅燒、物理化學反應制成致密、堅硬、體積穩定、 具有一定性能的固結體的過程。具有產能高、能耗低、自動化程度較高等優點，其操作方法 簡潔，成本低廉，可滿足大批量生產，可實現在低投入的情況下生產高質量金剛石切削工 具，易于產業化推廣。同時，自由燒結工藝，可高效、便利制備形狀復雜的刀頭。
[0005] 自由燒結工藝被廣泛應用于陶瓷材料、多孔金屬材料的熱處理中，在金剛石工具 中的應用研究報道較少。主要是由于沒有外加壓力作為反應驅動力，在自由燒結過程中刀 頭的保形性通常難以控制，很難做到尺寸均勻收縮。同時自由燒結所得刀頭胎體的硬度、致 密度比熱壓燒結工藝制備的刀頭要低，在使用過程中其性能、壽命較熱壓燒結刀頭低，通常 僅用于低檔整體式燒結鋸片中，在高檔圓鋸片中的應用鮮見報道。
【發明內容】
[0006] 針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種金剛石圓鋸片刀頭及其制備方 法。該圓鋸片刀頭的成分適合采用自由燒結工藝制備，另外該方法可以提高工具的生產效 率，且降低生產成本。
[0007] 為達到上述目的，本發明提供如下的技術方案：
[0008] -種金剛石圓鋸片刀頭，該刀頭由金剛石顆粒和用于固結所述金剛石顆粒的胎體 粉末形成，其中所述胎體粉末按質量百分比由以下組分組成：Cu 15%~30%，Ni 0%~ 10%，Sn 2%~8%，Co 0%~10%，Me 0%~5%，其余為Fe以及不可避免的雜質，Me選 自Mn、Ti、Si、Cr、P、Al中的至少一種。
[0009] 在上述金剛石圓鋸片刀頭中，作為一種優選實施方式，所述胎體粉末中Fe的質量 百分比為40-80 %，更優選為50 %~70 %。
[0010] 在上述金剛石圓鋸片刀頭中，作為一種優選實施方式，所述胎體粉末中Cu的質量 百分比為20%~30%。
[0011] 在上述金剛石圓鋸片刀頭中，作為一種優選實施方式，所述胎體粉末中Ni的質量 百分比為2%~8%。
[0012] 在上述金剛石圓鋸片刀頭中，作為一種優選實施方式，所述胎體粉末中Sn的質量 百分比為2%~5%。
[0013] 在上述金剛石圓鋸片刀頭中，作為一種優選實施方式，所述胎體粉末中Co的質量 百分比為0%~5%。
[0014] 在上述金剛石圓鋸片刀頭中，作為一種優選實施方式，所述胎體粉末顆粒的中位 徑D50為15~40 ym，其中所述中位徑D50通過激光粒度計測定。
[0015] 在上述金剛石圓鋸片刀頭中，作為一種優選實施方式，所述金剛石顆粒的中位徑 D50 為 30 ~45 y m。
[0016] 在上述金剛石圓鋸片刀頭中，作為一種優選實施方式，所述金剛石顆粒占所述金 剛石圓鋸片刀頭的質量百分比為1. 5%~4%。
[0017] -種上述金剛石圓鋸片刀頭的制備方法，包括如下步驟：
[0018] 混料步驟：將上述胎體粉末與金剛石顆粒混合均勻，然后加入造粒劑繼續混合均 勻；
[0019] 冷壓成形步驟：按照預先設定的粉量將所述混料步驟得到的混合物料裝入已組裝 好的壓制模腔內，模具經壓機壓制之后脫模，制得冷壓生坯；
[0020] 自由燒結步驟：將所述冷壓生坯放置在加熱爐中進行自由燒結后冷卻取出，制得 所述金剛石圓鋸片刀頭成品。
[0021 ] 在上述制備方法中，作為一種優選實施方式，在所述混料步驟中，所需混料的總時 間為1-2h。
[0022] 在上述制備方法中，作為一種優選實施方式，所述胎體粉末為預合金胎體粉末。
[0023] 在上述制備方法中，作為一種優選實施方式，在所述冷壓成形步驟中，所述壓機壓 制的壓強為250~550MPa，保壓時間為10~15s。
[0024] 在上述制備方法中，作為一種優選實施方式，在所述自由燒結步驟中，所述自由燒 結的最高溫度為850~950°C，燒結氣氛為真空或保護氣氛（比如Ar、N 2、氏等），燒結總時 間為6-10h。更優選地，在所述自由燒結步驟中，升溫至所述最高溫度的速度為100-200°C / h，在最高溫度條件下保溫時間為l_2h。
[0025] 在上述制備方法中，作為一種優選實施方式，在所述自由燒結步驟中，所述冷卻是 指自然冷卻或Ar氣淬冷。
[0026] 與現有技術相比，本發明具有以下優點：在傳統的金剛石刀頭配方Fe、Cu的基礎 上添加了 Ni、Sn、Ti、Cr、A1等合金元素。一方面可以降低胎體的合金恪點，可改善燒結性 與變形性；另一方面可以改善胎體對金剛石的浸潤性。兩方面相輔相成，有助于提升金剛石 胎體在自由燒結工藝中的性能。同時，采用自由燒結工藝，燒結過程無需外加壓力，操作方 法簡潔，可以有效避免熱壓燒結過程中帶來的石墨模具損耗、高能耗等問題，降低金剛石工 具制造成本，同時可滿足批量生產及復雜形狀刀頭生產，提高金剛石工具生產效率，工具壽 命與熱壓燒結法制造的工具接近，可實現在低投入的情況下生產高質量金剛石切削工具， 易于產業化推廣。
[0027] 采用本發明胎體粉末配方及制備工藝制得的刀頭，致密度>97%，HRB硬度>100， 抗彎強度>l〇〇〇MPa。
【具體實施方式】
[0028] 下面采用【具體實施方式】對本發明進行詳細說明，但本發明并不限于此。
[0029] 本發明提供的金剛石圓鋸片刀頭，由金剛石顆粒和用于固結所述金剛石顆粒的胎 體粉末兩種原料形成，本發明的胎體粉末組分的設計，一是考慮滿足自由燒結工藝的需求， 即良好的冷壓成形性與燒結收縮性，使其可以保證在沒有外加壓力作為反應驅動力時，依 然能燒結致密化；二是考慮作為金剛石工具的性能，即對金剛石的把持性與耐磨性，應不遜 于同一檔次的熱壓燒結金剛石工具。基于這兩種考慮，本發明的胎體粉末按質量百分比由 以下組分組成：Cu 15%~30%，Ni 0%~10%，Sn 2%~8%，Co 0%~10%，Me 0%~ 5%，其余為Fe以及不可避免的雜質，Me選自Mn、Ti、Si、Cr、P、Al中的至少一種。
[0030] 本發明胎體粉末中Fe、Cu、Ni、Sn、Co組分按質量百分比優選為：Fe :40%~80% (比如 42%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、78% )，Cu :20%~30% (比如 21%、 25%、28%)，附：2%~8%(比如3%、4%、5%、6%、7%)，511:2%~5%(比如3%、4%、 4.5%)，(：〇:0%~5%(比如1%、2%、3%、4%、4.5%)。更優選地^6的質量百分比含量 為 50-70%。
[0031] 在本發明中，胎體粉末可以為各組分粉末的混合粉，也可以為預合金胎體粉末，但 由于本發明的胎體粉末涉及組分種類較多，因此為避免在混料中出現偏析，優選胎體粉末 為預合金胎體粉末。該預合金胎體粉末采用本領域常規的水霧化法制備得到。
[0032] 上述胎體粉末中，選用Fe為基體元素，一是由于其價廉，二是其對金剛石的浸潤 性好，燒結時對金剛石的輕微刻蝕可以提高胎體對金剛石的把持力，三是Fe的線膨脹系數 較其他金屬更接近金剛石的線膨脹系數，可以防止冷卻過程中出現裂紋；Cu元素的加入， 增強胎體強韌性；Ni、Co作為強化相元素加入，但考