《一種雷射焊接金剛石圓鋸片及製備方法》是博深工具股份有限公司於2009年1月9日申請的專利，該專利的申請號為2009100736283，公布號為CN101456216，授權公布日為2009年6月17日，發明人是劉英凱、孟凡愛、江斌、祁勇、王成軍、王凱、袁一飛。
《一種雷射焊接金剛石圓鋸片及製備方法》屬粉末冶金材料技術領域，用於解決雷射焊接金剛石圓鋸片切割堅硬石材速度較慢且容易進邊問題。刀頭材料由下述重量單位的粉末原料組成：銅36－46，鐵28－38，鈷10－20，鎳3－10，錫3－9，矽鉻合金1－2.5，液體石蠟1－1.6，金剛石1.0－2.2，矽鉻合金中按質量分數含矽40％、含鉻30％、其餘為鐵和少量雜質。該發明採用以銅、鐵、鈷混合基材料提高鋸片的使用壽命和燒結性能，所添加的矽鉻合金粉末彌散的分布於胎體之中，有效改善了胎體燒結性能，使胎體能夠加快合金化進程，同時提高了胎體自銳性，增強了胎體對金剛石的把持力，提高了鋸片的壽命和切割性能，使胎體的磨損性能與金剛石的磨損性能相匹配。
2016年12月7日，《一種雷射焊接金剛石圓鋸片及製備方法》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
基本介紹
- 中文名：一種雷射焊接金剛石圓鋸片及製備方法
- 公布號：CN101456216
- 授權日：2009年6月17日
- 申請號：2009100736283
- 申請日：2009年1月9日
- 申請人：博深工具股份有限公司
- 地址：河北省石家莊市高新技術產業開發區海河道10號
- 發明人：劉英凱、孟凡愛、江斌、祁勇、王成軍、王凱、袁一飛
- Int.Cl.：B28D1/04(2006.01)I
- 代理機構：石家莊冀科專利商標事務所有限公司
- 代理人：曹淑敏、周曉萍
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,技術方案,改善效果,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
金剛石圓鋸片在路橋維修、建築、裝修等領域廣泛套用，其中雷射焊接金剛石圓鋸片以其優良的性能逐步代替傳統的燒結金剛石圓鋸片。由於雷射焊接金剛石圓鋸片的燒結工藝不同於燒結金剛石圓鋸片的燒結工藝，其燒結時間要縮短很多，且雷射焊接金剛石圓鋸片基體剛度要好於燒結金剛石圓鋸片，這就為雷射焊接金剛石圓鋸片使用壽命的延長提供了條件，同時要求雷射焊接金剛石圓鋸片配方要有符合其特點的設計思路。截至2009年1月，從使用效果上來看，傳統的燒結金剛石圓鋸片在切割石材時迸邊效果較好，但是切割壽命短，特別是切割硬石材時尤為明顯。而2009年前的焊接金剛石圓鋸片存在的問題是：切割石材時切割速度較慢且容易迸邊，因此需要針對此問題進一步改進配方，最佳化配比組合，以提供性能更為優良的雷射焊接金剛石圓鋸片。
發明內容
《一種雷射焊接金剛石圓鋸片及製備方法》用於克服已有技術的缺陷而提供一種自銳性好、切割鋒利、壽命長、切割迸邊效果好的用於切割各類石材和鋼筋混凝土等建築材料的雷射焊接金剛石圓鋸片及製備方法。
技術方案
《一種雷射焊接金剛石圓鋸片及製備方法》所稱問題是以下述技術方案解決的：
一種雷射焊接金剛石圓鋸片由金剛石刀頭和鋼製基體焊接而成，其特別之處是：所述金剛石刀頭材料由下述重量單位的粉末原料組成：銅36-46，鐵28-38，鈷10-20，鎳3-10，錫3-9，矽鉻合金1-2.5，液體石蠟1-1.6，金剛石1.0-2.2，所述矽鉻合金中按質量分數含矽40％、含鉻30％、其餘為鐵和少量雜質。
上述雷射焊接金剛石圓鋸片，所述刀頭材料由下述重量單位的粉末原料組成：銅36-42，鐵28-34，鈷10-16，鎳5-9，錫3-6，矽鉻合金1.2-2.2，液體石蠟1.1-1.4，金剛石1.2-1.8。
上述雷射焊接金剛石圓鋸片，所述刀頭材料由下述重量單位的粉末原料組成：銅40，鐵30，鈷15，鎳6.5，錫4，矽鉻合金1.8，液體石蠟1.2，金剛石1.5。
上述雷射焊接金剛石圓鋸片製備方法包括如下步驟：
a.刀頭原料混配：按配比稱取刀頭粉末原料混配均勻；
b.底層原料配製：選取鈷粉為底層材料；
c.刀頭燒結成型：將上述混合好後的刀頭原料以及底層原料按重量比8.5：1.5的比例，分別投入石墨模具，放入真空熱壓燒結爐中燒結成型，燒結溫度為850℃-890℃，單位壓力1.5-2.5兆帕，燒結10-20分鐘後得到金剛石刀頭；
d.雷射焊接：採用雷射焊接工藝將上述金剛石刀頭焊接在鋼製基體外周邊緣，即得到金剛石圓鋸片；
e.校平調整：將焊好後的金剛石圓鋸片進行校平調整；
f.噴漆開刃：鋸片表面拋光、噴漆，然後進行刀頭開刃處理。
改善效果
《一種雷射焊接金剛石圓鋸片及製備方法》方法針對2009年1月前雷射焊接金剛石圓鋸片切割堅硬石材速度較慢且容易迸邊的問題進行了改進，採用以銅、鐵、鈷混合基材料提高刀頭使用壽命和燒結性能，刀頭原料中所添加的矽鉻合金粉末彌散的分布於胎體之中，有效改善了胎體燒結性能，使胎體能夠加快合金化進程，起到了活化燒結的作用。同時矽元素的加入提高了胎體自銳性，改善了切割性能，在切割硬石材時發揮作用；另一方面鉻元素增強了胎體對金剛石的把持力，在提高鋒利度的同時提高了刀頭的壽命，由此使胎體的磨損性能與金剛石的磨損性能相匹配，使金剛石鋸片具有優良的切割能力。《一種雷射焊接金剛石圓鋸片及製備方法》雷射焊接金剛石圓鋸片具有自銳性好、鋒利耐用、切割迸邊效果好、使用壽命長等特點，且可以根據工況需求乾切或濕切兩用，可用於切割不同類型的石材和鋼筋混凝土等建築材料。
技術領域
《一種雷射焊接金剛石圓鋸片及製備方法》涉及一種金剛石刀具及製備方法，特別是用於堅硬石材等建築材料切割的雷射焊接金剛石圓鋸片及製備方法，屬粉末冶金材料技術領域。
權利要求
1.一種雷射焊接金剛石圓鋸片由金剛石刀頭和鋼製基體焊接而成，其特徵在於：所述金剛石刀頭材料由下述重量單位的粉末原料組成：銅36-46，鐵28-38，鈷10-20，鎳3-10，錫3-9，矽鉻合金1-2.5，液體石蠟1-1.6，金剛石1.0-2.2，所述矽鉻合金中按質量分數含矽40％、含鉻30％、其餘為鐵和少量雜質。
2.根據權利要求1所述的雷射焊接金剛石圓鋸片，其特徵在於：所述刀頭材料由下述重量單位的粉末原料組成：銅36-42，鐵28-34，鈷10-16，鎳5-9，錫3-6，矽鉻合金1.2-2.2，液體石蠟1.1-1.4，金剛石1.2-1.8。
3.根據權利要求2所述的雷射焊接金剛石圓鋸片，其特徵在於：所述刀頭材料由下述重量單位的粉末原料組成：銅40，鐵30，鈷15，鎳6.5，錫4，矽鉻合金1.8，液體石蠟1.2，金剛石1.5。
4.根據權利要求1或2或3所述的雷射焊接金剛石圓鋸片製備方法，其特徵在於包括如下步驟：
a.刀頭原料混配：按配比稱取刀頭粉末原料混配均勻；
b.底層原料配製：選取鈷粉為底層材料；
c.刀頭燒結成型：將上述混合好後的刀頭原料以及底層原料按重量比8.5：1.5的比例，分別投入石墨模具，放入真空熱壓燒結爐中燒結成型，燒結溫度為850℃-890℃，單位壓力1.5-2.5兆帕，燒結10-20分鐘後得到金剛石刀頭；
d.雷射焊接：採用雷射焊接工藝將上述金剛石刀頭焊接在鋼製基體外周邊緣，即到金剛石圓鋸片；
e.校平調整：將焊好後的金剛石圓鋸片進行校平調整；
f.噴漆開刃：鋸片表面拋光、噴漆，然後進行刀頭開刃處理。
實施方式
《一種雷射焊接金剛石圓鋸片及製備方法》刀頭所採用的銅、鐵、鈷混合基材料配方，可提高刀頭使用壽命和燒結性能，保證對所包裹的金剛石形成良好的機械嚙合，且能夠在較低的燒結溫度下、較短的燒結時間內合金化，減緩金剛石單晶的劣化趨勢，其合金組元可以良好的浸潤金剛石單晶，提高對金剛石的把持能力。
《一種雷射焊接金剛石圓鋸片及製備方法》在刀頭材料中添加適量的矽鉻合金粉末是基於反覆試驗得出的。研究表明，金剛石刀頭在切割石材時往往會因為胎體的磨損速度太慢而造成金剛石鋸片切割速度低甚至“打滑”現象。因此適量加入弱化材料，有目的的降低胎體的耐磨性和粘滯性，可以有效地提高金剛石鋸片的切割速度。一定量的矽元素加入可對胎體起到弱化作用，降低胎體的耐磨性和粘滯性，提高了切割速度。表1為加入不同量矽元素時，金剛石刀具的切割速度。
加入量（wt％） | 0 | 0.2 | 0.4 | 0.6 | 0.8 | 1 | 1.2 | 1.4 |
切割速度（米/分鐘） | 3.9 | 4.01 | 4.26 | 4.52 | 5.02 | 5.12 | 5.08 | 5.10 |
從表1中可以看出，加入矽元素後切割速度增快，在含量為1％時速度最快，之後趨於穩定。雖然加入矽元素，可提高金剛石刀具的切割速度，但矽元素在弱化胎體性能的同時也降低了胎體對金剛石的把持力，造成了金剛石在沒有完全磨損失效的情況下提前脫落，降低了刀具使用壽命。在金剛石工具行業中常用下式來表征胎體對金剛石把持力的大小。
Q＝（σ1-σ2）/σ1，F＝1-Q，其中Q——抗彎強度下降的相對值，σ1——胎體的抗彎強度值，σ2——含金剛石試樣的抗彎強度值，F——金剛石把持力係數，F為金剛石把持力係數，F值越大表示胎體對金剛石的把持力越高。
加入量（wt％） | 0 | 0.2 | 0.4 | 0.6 | 0.8 | 1 | 1.2 | 1.4 |
F（％） | 85.2 | 85 | 83.1 | 80.6 | 73.6 | 65.8 | 48.3 | 43.6 |
由表2可以看到，隨著矽的加入量增加，對金剛石把持力越來越低，當矽含量大於1％時尤為明顯。因此在刀頭材料中矽元素的添加量應權衡考慮。《一種雷射焊接金剛石圓鋸片及製備方法》為達到對胎體進行弱化的同時提高胎體對金剛石的把持力，而達到同時提高金剛石刀頭的切割速度和切割壽命目的，在適量添加矽元素的基礎上加入一定量的鉻，鉻元素可以改善銅與金剛石的潤濕，並且在正常燒結溫度下與金剛石反應生成Cr7C3、Cr3C3型碳化物，這些碳化物能有效增強胎體對金剛石的把持力。《一種雷射焊接金剛石圓鋸片及製備方法》刀頭原料中的矽元素和鉻元素是以矽鉻合金粉的形式加入的，其目的可以顯著降低成本，防止單質粉末的氧化，更有效的發揮矽和鉻的作用。所述矽鉻合金粉末可選擇市售產品或配製產品，其中，按質量分數含矽40％、含鉻30％、其餘為鐵和少量雜質。通過矽鉻合金粉末的加入，一方面由於矽元素的弱化作用提高了鋸片的鋒利度，另一方面鉻元素增強了胎體對金剛石的把持力，在提高鋒利度的同時提高了鋸片的壽命，這樣可使胎體的磨損性能與金剛石的磨損性能相匹配，使金剛石鋸片具有優良的切割能力。
加入量（wt％） | 0 | 0.5 | 1 | 1.5 | 2 | 2.5 | 3 |
切割速度（米/分鐘） | 4 | 4.03 | 4.29 | 4.53 | 4.98 | 5.09 | 5.06 |
切割壽命（米/毫米） | 540 | 540.2 | 561.3 | 566.5 | 553.2 | 540.7 | 510.1 |
從表3中可以看到，當矽鉻合金粉的加入量在1％-2.5％時能明顯提高金剛石鋸片的切割速度，並且也有好的切割壽命。
以下提供幾個具體實施例。按照下述配比稱取刀頭原料：
實施例1：取銅粉4千克，鐵粉3千克，鈷粉1.5千克，鎳粉0.65千克，錫粉0.4千克，矽鉻合金粉0.18千克；液體石蠟0.12千克，金剛石0.15千克；
實施例2：取銅粉3.6千克，鐵粉2.8千克，鈷粉1.6千克，鎳粉0.9千克，錫粉0.3千克，矽鉻合金粉0.12千克；液體石蠟0.11千克，金剛石0.12千克；
實施例3：取銅粉4.2千克，鐵粉3.4千克，鈷粉1千克，鎳粉0.5千克，錫粉0.6千克，矽鉻合金粉0.22千克；液體石蠟0.14千克，金剛石0.18千克；
實施例4：取銅粉3.6千克，鐵粉3.8千克，鈷粉2千克，鎳粉0.3千克，錫粉0.3千克，矽鉻合金粉0.1千克；液體石蠟0.1千克，金剛石0.1千克；
實施例5：取銅粉4.6千克，鐵粉2.8千克，鈷粉1千克，鎳粉1千克，錫粉0.9千克，矽鉻合金粉0.25千克；液體石蠟0.16千克，金剛石0.22千克；
《一種雷射焊接金剛石圓鋸片及製備方法》製備方法如下：
將按照上述配比稱取200-400目的銅、鐵、鈷、錫、鎳、矽鉻合金粉料放入混料筒中混合30分鐘，然後加入液體石蠟、30-50目的金剛石繼續混合2-3小時；按照重量比刀頭原料：底層原料8.5:1.5的比例稱取鈷粉作為底層原料使用；將底層原料和混合好後的刀頭配方分別投入石墨模具中，具體添加過程為：首先在石墨模具中投入底原粉料，使其均勻的平鋪於石墨模具底部，然後均勻投入刀頭配方原料，最後將裝有粉料的石墨模具組裝好；將組裝好的模具放入真空熱壓燒結爐中燒結成型，燒結溫度為850℃-890℃，單位壓力1.5-2.5兆帕燒結10-20分鐘後得到金剛石刀頭，硬度達到HRB80-100；將燒結得到的金剛石刀頭採用雷射焊接工藝焊接在鋼製基體的外周邊緣上，即可得到金剛石圓鋸片；對焊好後的金剛石圓鋸片進行校平調整；在鋸片表面拋光、噴漆，防止鋸片生鏽；然後進行開刃處理，使金剛石出露；最後按照產品的設計要求進行包裝，以方便保存、運輸。
榮譽表彰
2016年12月7日，《一種雷射焊接金剛石圓鋸片及製備方法》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
