本發(fā)明涉及一種金剛石鋸片刀頭的制備方法，屬于超硬材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

金剛石鋸切工具包括圓鋸片、排鋸、繩鋸和框架鋸等，主要用于切割花崗巖、大理石和混凝土等非金屬材料，金剛石圓鋸片是各類石材加工的主要工具，在石材加工業(yè)中起著舉足輕重的作用。隨著石材行業(yè)的發(fā)展，要求得到高性能、低成本的鋸片。鈷基鋸片有很好的切削性能和使用壽命，但是鈷作為一種戰(zhàn)略資源，價格昂貴，所以目前鈷不再是最佳選擇。

燒結(jié)是鋸片制備過程中一道重要的工序，傳統(tǒng)的燒結(jié)方法主要采用冷壓-真空燒結(jié)和熱壓燒結(jié)。其中熱壓燒結(jié)是目前金剛石工具生產(chǎn)使用最多的方法，廣泛用于制造鋸片、鉆頭等刀頭。對于傳統(tǒng)的熱壓燒結(jié)工藝，雖然在高溫高壓條件下能提高金剛石和金屬胎體的結(jié)合強度，但是同時造成了金剛石的強度損失，影響鋸片的使用壽命。冷壓-真空燒結(jié)具有生產(chǎn)批量大、制造成本低的特點，但燒結(jié)過程時間長、能耗高，燒結(jié)體的致密度和強度難以滿足復(fù)雜工況的要求。近年來，隨著微波燒結(jié)在材料科學(xué)領(lǐng)域逐漸發(fā)展，逐漸成為一種新型的粉末冶金快速燒結(jié)技術(shù)。微波燒結(jié)與常規(guī)燒結(jié)有著明顯的區(qū)別，其主要特點如下：（1）快速加熱，顯著節(jié)能。（2）均勻加熱，組織均一。由于材料內(nèi)外均勻地整體吸收微波能并被加熱，避免了常規(guī)加熱中由于材料內(nèi)外部溫度差而引起的開裂或者熱應(yīng)力。（3）超細晶粒，致密化。微波的快速燒結(jié)能夠使材料內(nèi)部形成均勻的細晶結(jié)構(gòu)和較高的致密性，從而材料宏觀性能得到優(yōu)化。(4)選擇性加熱。在微波場下，由于不同的材料內(nèi)部組分與微波場有不同的耦合作用，因此微波燒結(jié)能實現(xiàn)選擇性燒結(jié)，從而得到具有新型微觀結(jié)構(gòu)、性能優(yōu)良的材料。所以，微波燒結(jié)可以降低燒結(jié)溫度、縮短燒結(jié)時間、提高致密度，從而能降低金剛石的強度損失、降低成本、提高鋸片的綜合性能。

《超細碳化鎢粉末特性對金剛石鋸片刀頭顯微結(jié)構(gòu)的影響》公開了以Co，Cu，Sn，Ni、WC粉為主要結(jié)合劑，在880℃，890℃，900℃，910℃下采用常規(guī)真空燒結(jié)得到金剛石鋸片刀頭。在該技術(shù)方案中采用常規(guī)的真空燒結(jié)，其中添加WC粉主要起細化晶粒作用。而本申請主要采用微波真空燒結(jié)，在燒結(jié)溫度上有顯著的降低，并在配方中添加SiC粉，很好的改變了材料的吸波性能并提高了刀頭的耐磨性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及不足，本發(fā)明提供一種金剛石鋸片刀頭的制備方法。本方法主要是運用微波燒結(jié)技術(shù)同時采用底鈷的配方，得到低成本高性能的金剛石鋸片刀頭，而且本方法工藝簡單、成本低、節(jié)能環(huán)保，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)。

一種金剛石鋸片刀頭的制備方法，其具體步驟如下：

步驟1、首先將下列質(zhì)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粉混合均勻得到混合粉末；再加入金剛石混合；上述金屬粉末之和為100%；金剛石用量G_d=ρ_dV，ρ_d=0.88K，(ρ_d-刀頭單位體積中含有金剛石質(zhì)量，K-金剛石的濃度，一般金剛石濃度為20%，V-刀頭體積)。

步驟2、將步驟1得到的混合粉末加入鋼模中，在150MPa壓力下壓制成型得到冷壓刀頭；

步驟3、將步驟2得到的冷壓刀頭進行微波真空燒結(jié)，燒結(jié)溫度為750℃～900℃，燒結(jié)氣氛為氬氣，保溫3～10min，得到金剛石鋸片刀頭。

所述步驟1中Fe粉、Co粉、Cu粉、Ni粉、Sn粉和SiC粉的粒度為100～200目。

所述步驟1中金剛石顆粒為30～45目。

所述步驟3得到的相鄰刀頭試樣設(shè)有石墨擋板。

上述步驟2中混合粉末作為結(jié)合劑按照理論密度，通過刀頭體積計算出所需混合粉末結(jié)合劑重量，即M=ρV，M-結(jié)合粉末合劑重量，ρ-混合粉末結(jié)合劑理論密度，V-刀頭體積。如當(dāng)ρ為8.38g/cm³，V為2.86cm³時M為23.97g。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）本發(fā)明燒結(jié)方式上采用微波燒結(jié)，相比傳統(tǒng)的真空燒結(jié)方式，微波燒結(jié)能實現(xiàn)縮短燒結(jié)時間，降低燒結(jié)溫度，減輕金剛石的強度損傷，獲得較高的致密性的刀頭。

（2）本發(fā)明通過在配方上降低鈷的用量并添加碳化硅粉，有利于降低成本，并且碳化硅有極好的吸波性，能縮短微波燒結(jié)時間。

附圖說明

圖1是本發(fā)明工藝流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式，對本發(fā)明作進一步說明。

實施例1

如圖1所示，該金剛石鋸片刀頭的制備方法，其具體步驟如下：

步驟1、首先將下列質(zhì)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粉混合均勻得到混合粉末，再加入金剛石混合，金剛石用量G_d=ρ_dV,ρ_d=0.88K, ρ_d-刀頭單位體積中含有金剛石質(zhì)量，K-金剛石的濃度，V-刀頭體積)；其中Fe粉、Co粉、Cu粉、Ni粉、Sn粉和SiC粉的粒度為100～200目；金剛石顆粒為30～45目；

步驟2、將步驟1得到的混合粉末加入鋼模中，在150MPa壓力下壓制成型得到冷壓刀頭；

步驟3、將步驟2得到的冷壓刀頭進行微波真空燒結(jié)（首先將爐抽真空抽至0.01Pa，然后通入氬氣至常壓，然后繼續(xù)抽真空至0.01Pa），在氬氣燒結(jié)氣氛下（氬氣通入至爐內(nèi)壓強至1～15KPa）、在溫度為750℃條件下保溫4min得到金剛石鋸片刀頭，其中所述步驟3得到的每個相鄰刀頭設(shè)有石墨擋板。

經(jīng)測試，金剛石鋸片刀頭致密度為87.42%，硬度為71.82HRB。

對比實施例1

常規(guī)真空燒結(jié)的具體實施步驟為：

步驟1、首先將下列質(zhì)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粉混合均勻得到混合粉末，再加入金剛石混合，金剛石用量G_d=ρ_dV,ρ_d=0.88K,(ρ_d-刀頭單位體積中含有金剛石質(zhì)量，K-金剛石的濃度，V-刀頭體積)；其中Fe粉、Co粉、Cu粉、Ni粉、Sn粉和SiC粉的粒度為100～200目；金剛石顆粒為30～45目；

步驟2、將步驟1得到的混合粉末加入鋼模中，在150MPa壓力下壓制成型得到冷壓刀頭；

步驟3、將步驟2得到的冷壓刀頭放入模具中進行真空燒結(jié)（首先將爐抽真空抽至0.01Pa，然后通入氬氣至常壓，然后繼續(xù)抽真空至0.01Pa），在氬氣燒結(jié)氣氛下（氬氣通入至爐內(nèi)壓強至1-15KPa）、在溫度為750℃條件下保溫15min得到金剛石鋸片刀頭。對比實施例1制備得到的金剛石鋸片刀頭致密度77.47%為，硬度為62.24HRB。

實施例2

如圖1所示，該金剛石鋸片刀頭的制備方法，其具體步驟如下：

步驟1、首先將下列質(zhì)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粉混合均勻得到混合粉末；再加入金剛石混合，金剛石用量G_d=ρ_dV, ρ_d=0.88K ,( ρ_d-刀頭單位體積中含有金剛石質(zhì)量，K-金剛石的濃度，V-刀頭體積)；其中Fe粉、Co粉、Cu粉、Ni粉、Sn粉和SiC粉的粒度為100～200目；金剛石顆粒為30～45目；

步驟2、將步驟1得到的混合粉末加入鋼模中，在150MPa壓力下壓制成型得到冷壓刀頭；

步驟3、將步驟2得到的冷壓刀頭進行微波真空燒結(jié)（首先將爐抽真空抽至0.01Pa，然后通入氬氣至常壓，然后繼續(xù)抽真空至0.01Pa），在氬氣燒結(jié)氣氛下（氬氣通入至爐內(nèi)壓強至1-15KPa）、在溫度為800℃條件下保溫3min得到金剛石鋸片刀頭，其中所述步驟3得到的每個相鄰刀頭設(shè)有石墨擋板。

經(jīng)測試，金剛石鋸片刀頭致密度為91.87%，硬度為82.42HRB。

對比實施例2

常規(guī)真空燒結(jié)的具體實施步驟為：

步驟1、首先將下列質(zhì)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粉混合均勻得到混合粉末；再加入金剛石混合，金剛石用量G_d=ρ_dV,ρ_d=0.88K,(ρ_d-刀頭單位體積中含有金剛石質(zhì)量，K-金剛石的濃度，V-刀頭體積)；其中Fe粉、Co粉、Cu粉、Ni粉、Sn粉和SiC粉的粒度為100～200目；金剛石顆粒為30～45目；

步驟2、將步驟1得到的混合粉末加入鋼模中，在150MPa壓力下壓制成型得到冷壓刀頭；

步驟3、將步驟2得到的冷壓刀頭放入模具中進行真空燒結(jié)（首先將爐抽真空抽至0.01Pa，然后通入氬氣至常壓，然后繼續(xù)抽真空至0.01Pa），在氬氣燒結(jié)氣氛下（氬氣通入至爐內(nèi)壓強至1-15KPa）、在溫度為800℃條件下保溫15min得到金剛石鋸片刀頭。

對比實施例2制備得到的金剛石鋸片刀頭致密度為83.58%，硬度為72.50HRB。

實施例3

如圖1所示，該金剛石鋸片刀頭的制備方法，其具體步驟如下：

步驟1、首先將下列質(zhì)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粉混合均勻得到混合粉末；再加入金剛石混合，金剛石用量G_d=ρ_dV,ρ_d=0.88K,(ρ_d-刀頭單位體積中含有金剛石質(zhì)量，K-金剛石的濃度，V-刀頭體積)；其中Fe粉、Co粉、Cu粉、Ni粉、Sn粉和SiC粉的粒度為100～200目；金剛石顆粒為30～45目；

步驟2、將步驟1得到的混合粉末加入鋼模中，混合粉末為23.97g，在150MPa壓力下壓制成型得到冷壓刀頭；

步驟3、將步驟2得到的冷壓刀頭進行微波真空燒結(jié)（首先將爐抽真空抽至0.01Pa，然后通入氬氣至常壓，然后繼續(xù)抽真空至0.01Pa），在氬氣燒結(jié)氣氛下（氬氣通入至爐內(nèi)壓強至1-15KPa）、在溫度為850℃條件下保溫4min得到金剛石鋸片刀頭，其中所述步驟3得到的每個相鄰刀頭設(shè)有石墨擋板。

經(jīng)測試，金剛石鋸片刀頭致密度為97.37%，硬度為96.20HRB。

對比實施例3

常規(guī)真空燒結(jié)的具體實施步驟為：

步驟1、首先將下列質(zhì)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粉混合均勻得到混合粉末；再加入金剛石混合，金剛石用量G_d=ρ_dV,ρ_d=0.88K,(ρ_d-刀頭單位體積中含有金剛石質(zhì)量，K-金剛石的濃度，V-刀頭體積)；其中Fe粉、Co粉、Cu粉、Ni粉、Sn粉和SiC粉的粒度為100～200目；金剛石顆粒為30～45目；

步驟2、將步驟1得到的混合粉末加入鋼模中，在150MPa壓力下壓制成型得到冷壓刀頭；

步驟3、將步驟2得到的冷壓刀頭放入模具中進行真空燒結(jié)（首先將爐抽真空抽至0.01Pa，然后通入氬氣至常壓，然后繼續(xù)抽真空至0.01Pa），在氬氣燒結(jié)氣氛下（氬氣通入至爐內(nèi)壓強至1-15KPa）、在溫度為850℃條件下保溫1min得到金剛石鋸片刀頭。

對比實施例3制備得到的金剛石鋸片刀頭致密度為90.86%，硬度為82.62HRB。

實施例4

如圖1所示，該金剛石鋸片刀頭的制備方法，其具體步驟如下：

步驟1、首先將下列質(zhì)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粉混合均勻得到混合粉末；再加入金剛石混合，金剛石用量G_d=ρ_dV, ρ_d=0.88K,(ρ_d-刀頭單位體積中含有金剛石質(zhì)量，K-金剛石的濃度，V-刀頭體積)；其中Fe粉、Co粉、Cu粉、Ni粉、Sn粉和SiC粉的粒度為100～200目；金剛石顆粒為30～45目；

步驟2、將步驟1得到的混合粉末加入鋼模中，在150MPa壓力下壓制成型得到冷壓刀頭；

步驟3、將步驟2得到的冷壓刀頭進行微波真空燒結(jié)（首先將爐抽真空抽至0.01Pa，然后通入氬氣至常壓，然后繼續(xù)抽真空至0.01Pa），在氬氣燒結(jié)氣氛下（氬氣通入至爐內(nèi)壓強至1-15KPa）、在溫度為900℃條件下保溫10min得到金剛石鋸片刀頭，其中所述步驟3得到的每個相鄰刀頭設(shè)有石墨擋板。

經(jīng)測試，金剛石鋸片刀頭致密度為96.67%，硬度為94.50HRB。

對比實施例4

常規(guī)真空燒結(jié)的具體實施步驟為：

步驟1、首先將下列質(zhì)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粉混合均勻得到混合粉末；再加入金剛石混合，金剛石用量G_d=ρ_dV, ρ_d=0.88K,(ρ_d-刀頭單位體積中含有金剛石質(zhì)量，K-金剛石的濃度，V-刀頭體積)；其中Fe粉、Co粉、Cu粉、Ni粉、Sn粉和SiC粉的粒度為100～200目；金剛石顆粒為30～45目；

步驟2、將步驟1得到的混合粉末加入鋼模中，在150MPa壓力下壓制成型得到冷壓刀頭；

步驟3、將步驟2得到的冷壓刀頭放入模具中進行真空燒結(jié)（首先將爐抽真空抽至0.01Pa，然后通入氬氣至常壓，然后繼續(xù)抽真空至0.01Pa），在氬氣燒結(jié)氣氛下（氬氣通入至爐內(nèi)壓強至1-15KPa）、在溫度為900℃條件下保溫15min得到金剛石鋸片刀頭。

對比實施例4制備得到的金剛石鋸片刀頭致密度為93.18%，硬度為86.42HRB。

通過四組實施案例可以得出：微波真空燒結(jié)相比常規(guī)真空燒結(jié)有著明顯的優(yōu)勢。微波真空燒結(jié)最佳工藝為：燒結(jié)溫度850℃，保溫4min，得到金剛石鋸片刀頭致密度為97.37%，硬度為96.20HRB。而常規(guī)的真空燒結(jié)在900℃下保溫15min，刀頭致密度為93.18%，硬度為86.42HRB。因此，從燒結(jié)體的致密度和硬度分析得出：微波燒結(jié)能顯著降低燒結(jié)溫度、縮短燒結(jié)時間和快速致密，即能降低金剛石的熱損，提高刀頭的使用壽命。

以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。