具有復(fù)合結(jié)構(gòu)鍍層的金剛石切割工具的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種具有復(fù)合結(jié)構(gòu)鍍層的金剛石切割工具，包括基體和刀刃層，所述刀刃層包括固接有超硬粗粒的復(fù)合結(jié)構(gòu)鍍層，所述復(fù)合結(jié)構(gòu)鍍層包括下層的電沉積金屬層和上層的高耐磨層，所述高耐磨層內(nèi)固接有超硬細(xì)粒；本實(shí)用新型是以電鍍金剛石工具為基礎(chǔ)，在電鍍金剛石工具基礎(chǔ)上復(fù)合高耐磨層，組成具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的金剛石工具鍍層。本實(shí)用新型的刀刃層在高耐磨層的保護(hù)下，不會(huì)因在使用過(guò)程中部分超硬粗粒的脫落導(dǎo)致金剛石工具很快失效，有效的延長(zhǎng)了金剛石工具的使用壽命，對(duì)柔性金剛石工具效果尤為突出，同時(shí)可用于金剛石工具失效后的補(bǔ)強(qiáng)手段，有效延長(zhǎng)金剛石工具的使用壽命。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有復(fù)合結(jié)構(gòu)鍍層的金剛石切割工具
(—)【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本實(shí)用新型涉及切削工具，具體是一種具有復(fù)合結(jié)構(gòu)鍍層的金剛石切割工具。
(二)【背景技術(shù)】:
[0002]金剛石工具主要用于加工硬脆材料(如:藍(lán)寶石、特種陶瓷、單晶硅、寶玉石等)。其中使用壽命是衡量金剛石工具的重要指標(biāo)，金剛石工具的失效主要以金剛石刀刃層的磨損脫落失效、基體強(qiáng)度不夠斷裂失效為主。根據(jù)調(diào)查和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，金剛石工具失效的方式往往是從最薄弱點(diǎn)開(kāi)始，當(dāng)金剛石刀刃層在某一點(diǎn)出現(xiàn)金剛石顆粒脫落時(shí)，很快整個(gè)鍍層將從顆粒脫落點(diǎn)附近開(kāi)始連續(xù)脫落，并最終導(dǎo)致整個(gè)工具失效。實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)最薄弱點(diǎn)開(kāi)始脫落時(shí)，往往鍍層的絕大部分還完好無(wú)損，金剛石顆粒完好，鋒利。若能夠強(qiáng)化該薄弱點(diǎn)，整個(gè)金剛石工具的使用壽命將大大延伸，寶貴的金剛石顆粒的使用率也將大大提高。
[0003]金剛石工具所加工的材料，基本為硬脆材料，而金剛石工具多為電鍍方法制備。在加工過(guò)程中產(chǎn)生的細(xì)小超硬顆粒，其硬度遠(yuǎn)高于鍍層金屬硬度，此時(shí)，當(dāng)金剛石顆粒脫落后，切割過(guò)程產(chǎn)生的超硬顆粒反向研磨鍍層金屬，鍍層金屬很快被磨耗殆盡，導(dǎo)致附近金剛石顆粒把持力不夠，進(jìn)一步脫落，很快從一個(gè)點(diǎn)擴(kuò)展開(kāi)來(lái)，在高速切割超硬材料過(guò)程中，擴(kuò)展速度更快，很快會(huì)由于一個(gè)點(diǎn)的失效導(dǎo)致整個(gè)金剛石工具失效，嚴(yán)重時(shí)，甚至?xí)p到基體，引起金剛石工具基體強(qiáng)度不夠?qū)е聰嗔选Ｍ瑫r(shí)，連續(xù)分布的金剛石工具在切割過(guò)程發(fā)生金剛石脫落會(huì)影響切割材料的表面質(zhì)量，對(duì)于加工要求較高的晶體材料，會(huì)因此導(dǎo)致廢品的出現(xiàn)，造成巨大的損失。
[0004]鍍層脫落對(duì)于柔性金剛石工具(如:金剛石線鋸，環(huán)形金剛石線鋸，環(huán)形金剛石帶鋸等)在高速切割硬脆材料的影響最為顯著，以環(huán)形金剛石線鋸為例，直徑為0.5_環(huán)形金剛石線鋸以20m/s的線速度切割6英寸藍(lán)寶石晶體時(shí)，當(dāng)線鋸在某一點(diǎn)出現(xiàn)顆粒脫落后，一般在半小時(shí)內(nèi)線鋸磨損斷裂，線速度更快時(shí)，斷裂時(shí)間更短。
[0005]上述問(wèn)題，是由于金剛石工具在制作過(guò)程中存在缺陷，該缺陷往往成為金剛石工具最薄弱的地方，也是金剛石工具使用壽命的控制點(diǎn)。
(三)實(shí)用新型內(nèi)容:
[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，能夠有效強(qiáng)化薄弱點(diǎn)，提高使用壽命的具有復(fù)合結(jié)構(gòu)鍍層的金剛石切割工具。
[0007]能夠解決上述技術(shù)問(wèn)題的具有復(fù)合結(jié)構(gòu)鍍層的金剛石切割工具，其技術(shù)方案包括基體和刀刃層，所述刀刃層包括固接有超硬粗粒的電沉積金屬層，與現(xiàn)有技術(shù)不同的是所述電沉積金屬層上涂鍍有高耐磨層，所述高耐磨層內(nèi)鑲嵌有超硬細(xì)粒；電沉積金屬層和高耐磨層形成刀刃層的復(fù)合結(jié)構(gòu)鍍層。
[0008]上述結(jié)構(gòu)中，所述高耐磨層主要起保護(hù)和把持超硬粗粒的作用，防止加工過(guò)程產(chǎn)生的超硬顆粒反向磨削電沉積金屬層。
[0009]為達(dá)到理想的切割和抗磨效能，選擇粒徑3 200 μ m的超硬粗粒，選擇粒徑^ 50 μ m的超硬細(xì)粒。
[0010]為達(dá)到對(duì)超硬粗粒的包鑲要求，所述高耐磨層的厚度可在30 μ m?40 μ m之間選擇。
[0011]所述超硬粗粒和超硬細(xì)?？蛇x用金剛石、或選用聚晶立方氮化硼(PCBN)、或選用其他超硬顆粒，或混合使用。
[0012]所述超硬粗粒和超硬細(xì)粒優(yōu)選金剛石。
[0013]可根據(jù)切割條件選擇刀刃層為連續(xù)分布、或?yàn)殚g斷分布、或?yàn)榉且?guī)則分布。
[0014]所述電沉積金屬層優(yōu)選鎳或鎳鈷合金。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果:
[0016]1、本實(shí)用新型是用電鍍的方法分兩個(gè)獨(dú)立的復(fù)合電鍍過(guò)程制作金剛石工具，沉積金屬(一般為鎳或者鎳鈷合金)兩個(gè)過(guò)程彼此獨(dú)立，互不影響，具有模塊化特點(diǎn)。
[0017]2、本實(shí)用新型在原本的電鍍金屬層外添加了高耐磨層，有效的保護(hù)了把持金剛石顆粒的鍍層受到切割顆粒的反向研磨，有效延長(zhǎng)了金剛石工具的使用壽命。
[0018]3、本實(shí)用新型可對(duì)鍍層進(jìn)行整體強(qiáng)化，也可以對(duì)薄弱點(diǎn)單獨(dú)強(qiáng)化，強(qiáng)化效果良好，有效的解決了金剛石工具制備不均勻帶來(lái)的短板問(wèn)題，保護(hù)薄弱環(huán)節(jié)，提高金剛石工具刀刃層的利用率，延長(zhǎng)使用使用壽命，降低切割成本。
[0019]4、本實(shí)用新型是在原本電鍍金剛石工藝的基礎(chǔ)上加上后續(xù)步驟，操作簡(jiǎn)單，方便，不對(duì)原工藝產(chǎn)生影響。
[0020]5、本實(shí)用新型可根據(jù)金剛石工具的加工特點(diǎn)靈活變化，可根據(jù)不同切割需要選取不同粒度的顆粒匹配，選取不同的涂鍍方法，甚至可以使用涂層混合超硬骨料制備高耐磨層。
[0021]6、本實(shí)用新型中將超硬顆粒材料的超硬特性和超耐磨特性結(jié)合到了一起，充分發(fā)揮了超硬材料的特性。
[0022]7、本實(shí)用新型針對(duì)的是金剛石工具的共性問(wèn)題，技術(shù)可做適當(dāng)變化運(yùn)用于目前絕大部分金剛石工具制備環(huán)節(jié)中，有助于改善金剛石工具的制備技術(shù)。
[0023]8、本實(shí)用新型尤其適用于高速切割的柔性金剛石工具(金剛石線鋸、環(huán)形金剛石線鋸、金剛石帶鋸等)，具有工藝簡(jiǎn)單，效果顯著的特點(diǎn)。
[0024]9、本實(shí)用新型中，通過(guò)復(fù)合處理后的金剛石線鋸的使用壽命將大大增加，一般使用壽命能夠延長(zhǎng)2?3倍。
[0025]10、通過(guò)本實(shí)用新型制備的復(fù)合結(jié)構(gòu)正好補(bǔ)強(qiáng)了缺陷，強(qiáng)化最薄弱環(huán)節(jié)，有效避免了“木桶原理”帶來(lái)的困擾，延長(zhǎng)了金剛石工具的使用壽命，提高了金剛石工具的利用率，保證了加工精度。
(四)【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
[0026]圖1為本實(shí)用新型一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖2為圖1實(shí)施方式中的A處放大圖。
[0028]圖號(hào)標(biāo)識(shí):1、基體；2、刀刃層；3、超硬粗粒；4、電沉積金屬層；5、聞耐磨層；6、超硬細(xì)粒。(五)【具體實(shí)施方式】:
[0029]下面結(jié)合附圖所示實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0030]本實(shí)用新型具有復(fù)合結(jié)構(gòu)鍍層的金剛石切割工具之技術(shù)方案，包括基體I和作為切割部分的刀刃層2，所述刀刃層2包括固接有超硬粗粒3的電沉積金屬層4，所述電沉積金屬層4通過(guò)第一次電鍍方式附著于基體I上，通過(guò)二次電鍍方式將高耐磨層5附著于電沉積金屬層4上，所述電沉積金屬層4為以氨基磺酸鎳為主鹽的鎳或鎳鈷合金，所述高耐磨層5內(nèi)鑲嵌有超硬細(xì)粒6，常規(guī)設(shè)計(jì)中，所述超硬粗粒3露出高耐磨層5，高耐磨層5和電沉積金屬層4構(gòu)成刀刃層2的復(fù)合結(jié)構(gòu)鍍層，如圖1、圖2所示。
[0031]所述超硬粗粒3和超硬細(xì)粒6均可選用金剛石、或選用聚晶立方氮化硼(PCBN)、或選用其他超硬微粒，或兩者、三者之間的任意混合搭配選擇。
[0032]為取得理想的切割和抗磨效果，所述超硬粗粒3粒徑的選擇蘭200 μ m,所述超硬細(xì)粒6粒徑的選擇=50 μ m ;進(jìn)一步的選擇,超硬粗粒3與超硬細(xì)粒6的粒徑之比在2倍以上，通常情況下，當(dāng)粒徑越大時(shí)，倍數(shù)越小，當(dāng)粒徑越小時(shí)，倍數(shù)越大。
[0033]以金剛石為例，超硬粗粒3的粒徑優(yōu)選為120 μ m(140#?170#)，超硬細(xì)粒6優(yōu)選的粒徑優(yōu)選40 μ m(w40)。
[0034]為達(dá)到對(duì)超硬粗粒3的包鑲要求，所述高耐磨層5的電鍍厚度在30 μ m?40 μ m之間選擇。
[0035]所述具有復(fù)合結(jié)構(gòu)鍍層的金剛石切割工具之制作方法，可采取如下工藝步驟:
[0036]1、選取粒度匹配的超硬粗粒3與超硬細(xì)粒6，超硬粗粒3與超硬細(xì)粒6優(yōu)選金剛石顆粒。
[0037]2、金剛石顆粒表面預(yù)處理。將金剛石顆粒置于堿性溶液(NaOH)中，在70°C的堿性溶液中保溫30分鐘，去除表面油脂后，用清水洗滌；洗滌干凈的金剛石顆粒置于體積比為3:1的濃鹽酸(HCl)與濃硝酸(HNO3)中，浸泡24小時(shí)，去除金剛石顆粒表面的金屬氧化物后，用清水洗滌。
[0038]3、將前述步驟處理后的金剛石顆粒置于陽(yáng)離子型表明活性劑溶液中，對(duì)陽(yáng)離子型表面活性劑溶液施加0.1?0.2V的正電位，陽(yáng)離子型表面活性劑的陽(yáng)離子在電泳的作用下，在金剛石顆粒表面形成一層帶有正電荷的薄膜。
[0039]4、采用埋沙法，在電流密度為0.8A/dm2?1.0A/dm2 (優(yōu)選1.0A/dm2)，溫度為45±5°C (優(yōu)選45°C)的工藝條件下制備電沉積金屬層4 (附著于基體I上)，將超硬粗粒3均勻固接于電沉積金屬層4內(nèi)后，用清水洗滌。
[0040]5、采用電鍍或者電刷工藝，在電流密度為0.5A/dm2?0.6A/dm2 (優(yōu)選0.5A/dm2)，溫度為45±5°C (優(yōu)選45°C )的工藝條件下，當(dāng)超硬細(xì)粒6在電解液中充分?jǐn)嚢璺稚?即保持懸浮狀態(tài))后施鍍，于電沉積金屬層4上制備高耐磨層5，超硬細(xì)粒6均勻鑲嵌于高耐磨層5內(nèi)。
[0041]至此，固接超硬粗粒3的電沉積金屬層4和鑲嵌超硬細(xì)粒6的高耐磨層5共同形成金剛石切割工具之刀刃層2的復(fù)合結(jié)構(gòu)鍍層，可根據(jù)切割條件選擇刀刃層2為連續(xù)分布、或?yàn)殚g斷分布、或?yàn)榉且?guī)則分布。
[0042]6、施鍍完成后，進(jìn)行裝飾，質(zhì)檢。
[0043]一種具體金剛石切割工具(環(huán)形金剛石雙刃帶鋸)的實(shí)施方案:采用規(guī)格為3800mmX8mmX0.2mm的不銹鋼帶，不銹鋼帶的兩端頭焊接成為環(huán)形；所述鋼帶正、反面(內(nèi)圓周面、外圓周面)的兩側(cè)(寬度方向)邊緣及邊緣外包覆有對(duì)稱(chēng)的金剛石鍍層，金剛石鍍層沿鋼帶的長(zhǎng)度方向(圓周方向)連續(xù)分布；帶鋸制備一次成型，由于周長(zhǎng)較長(zhǎng)，電流分布不均勻，會(huì)出現(xiàn)金剛石顆粒分布不均勻的現(xiàn)象，其中離導(dǎo)電點(diǎn)越遠(yuǎn)，包鑲越弱，金剛石越容易脫落，可在第二次施鍍時(shí)對(duì)薄弱點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)化。
[0044]1、選取3800mmX8mmX0.2mm的不銹鋼帶,通過(guò)無(wú)縫焊接技術(shù)將不銹鋼帶的首、尾端焊接成環(huán)形，并按照電鍍金剛石工具基體的前處理步驟進(jìn)行處理。
[0045]2、選取尺寸大小合適的兩種不同粒徑(140#?170#和W40)的金剛石顆粒磨料，并進(jìn)行分步處理:
[0046]第一步，金剛石顆粒表面預(yù)處理。將所需金剛石顆粒磨料置于堿性溶液(NaOH)中，保持在70°C保溫30min，去除表面油脂后，用清水洗滌。
[0047]第二步，洗滌干凈的金剛石顆粒磨料置于體積比為3:1的濃鹽酸(HCl)與濃硝酸(HNO3)中，浸泡24小時(shí)，去除金剛石顆粒表面的金屬氧化物后，用清水洗滌。
[0048]第三步，金剛石顆粒表面陽(yáng)離子化。將第二步處理后的金剛石顆粒磨料置于陽(yáng)離子型表明活性劑溶液中，對(duì)陽(yáng)離子型表面活性劑溶液施加0.1V?0.2V的正電位，陽(yáng)離子型表面活性劑的陽(yáng)離子在電泳的作用下，在金剛石顆粒表面形成一層帶有正電荷的薄膜。
[0049]3、將表面陽(yáng)離子化的金剛石顆粒(超硬粗粒3)均勻固結(jié)在電沉積金屬層4內(nèi)，在鋼帶邊緣上形成單鍍層的刀刃層2，并取出清水沖洗干凈。其中，所述電鍍方式以瓦特型電鍍液為電解液，主鹽為氨基磺酸鎳，陽(yáng)極為鎳絲及鎳球，不銹鋼帶為陰極，在電流密度為IA/dm2，溫度為45°C的條件下，浸表面陽(yáng)離子化的金剛石顆粒采用埋沙法制備。
[0050]4、單鍍層刀刃層2制備完成后，清洗干凈，盡快進(jìn)入高耐磨層5的制備。
[0051]5、將表面陽(yáng)離子化的金剛石顆粒(超硬細(xì)粒6)加入另一槽鍍液中，超聲分散后，持續(xù)攪拌鍍液，保證微粒懸浮。
[0052]6、將第3步驟表面潤(rùn)濕的環(huán)形帶鋸放入渡槽，浸泡1min后，接通電源。
[0053]7、在電流密度為0.5A/dm2?0.6A/dm2，溫度為45±5°C的工藝條件下，電沉積金屬層4上施鍍制備高耐磨層5，從而形成具有復(fù)合鍍層的刀刃層2。
[0054]8、制備完成后進(jìn)行裝飾和質(zhì)檢。
【權(quán)利要求】
1.具有復(fù)合結(jié)構(gòu)鍍層的金剛石切割工具，包括基體(I)和刀刃層(2)，所述刀刃層(2)包括固接有超硬粗粒(3)的電沉積金屬層(4)，其特征在于:所述電沉積金屬層(4)上涂鍍有高耐磨層(5)，所述高耐磨層(5)內(nèi)鑲嵌有超硬細(xì)粒(6)，電沉積金屬層(4)和高耐磨層(5)形成刀刃層(2)的復(fù)合結(jié)構(gòu)鍍層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有復(fù)合結(jié)構(gòu)鍍層的金剛石切割工具，其特征在于:所述超硬粗粒(3)的粒徑3 200 μ m，所述超硬細(xì)粒￠)的粒徑=50 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述具有復(fù)合結(jié)構(gòu)鍍層的金剛石切割工具，其特征在于:為達(dá)到對(duì)超硬粗粒(3)的包鑲要求,所述高耐磨層(5)的厚度為30 μ m?40 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任意一項(xiàng)所述具有復(fù)合結(jié)構(gòu)鍍層的金剛石切割工具，其特征在于:所述超硬粗粒(3)和超硬細(xì)粒(6)均為金剛石、或?yàn)榫劬Я⒎降稹?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任意一項(xiàng)所述具有復(fù)合結(jié)構(gòu)鍍層的金剛石切割工具，其特種在于:所述電沉積金屬層(4)為以氨基磺酸鎳為主鹽的鎳或鎳鈷合金。
【文檔編號(hào)】B28D5/00GK204109153SQ201420555260
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月25日
【發(fā)明者】秦建新, 陳超, 林峰, 胡喬帆, 王進(jìn)保, 程煜, 蘇鈺 申請(qǐng)人:中國(guó)有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司