一种低温高强度磨边轮的刀头配方及其制备方法与流程

本发明涉及一种磨边工具，尤其涉及一种低温高强度磨边轮。

背景技术：

磨边轮是一种用于对各类材料表面进行磨削加工处理的辅助工具，其在磨边抛光加工领域中应用广泛。目前市场上的磨边轮的由刀头焊接到钢制基体上构成，普遍采用的刀头配方中，包含组分主要有yf2014、低松比cu、fe、sn、电解ni、cusn20-p。

这个配方分别在700℃、730℃、760℃、800℃、820℃的烧结温度下，制作的刀头的致密度分别对应为：93.60％、96.25％、98.88％、99.67％、99.72％。

这个配方分别在700℃、730℃、760℃、800℃的烧结温度下，制作的刀头的抗弯强度分别对应为：523mpa、780mpa、951mpa、1060mpa。

这个配方分别在700℃、730℃、760℃、800℃的烧结温度下，制作的刀头的硬度分别对应为：80.6hrb、84.5hrb、92.3hrb、97.5hrb。

这个配方所制得的建筑陶瓷加工磨边轮为例，其锋利度为12m/min，使用寿命为42h。

在磨边轮所在的技术领域中，致密度、抗弯强度、硬度是一个重要的指标，具有高热硬性的刀头可以使磨边轮在锯切、磨削的过程中刀头在高温下不易发生软化、变形，从而达到提升磨边轮的锋利度和寿命的作用。但是现有技术中，刀头本身强度低，耐磨耐热性差，对刀头的把持力较弱，存在产品消耗过快，磨削力有限，严重限制了其发展。

技术实现要素：

为解决现有磨边轮的刀头存在的上述缺陷，本发明提供一种的性能更为优异的磨边轮的刀头及其制备方法，其方案如下：

一种低温高强度磨边轮的刀头配方，其特征在于：包括以下组分和各组分按质量份计的配比范围：

粒度小于300目的低松比cu粉末，14～18份；

粒度小于400目的fe粉末，14～17份；

粒度小于300目的sn粉末，7～9份；

粒度小于400目的cusn20-p粉末，5～8份；

电解ni，4～7份；

粒度小于300目的高熵合金粉末，50～55份；

其中，高熵合金为alconicusi，alconicusi各元素的原子百分比为：

al，13.45％；

co，25.16％；

ni，26.21％；

cu，27.15％；

si，8.03％。

关于高熵合金的说明，高熵合金(高熵合金)即多种主元的合金，每种主要元素皆具有较高的原子百分比，主要元素数目n≥5，但其原子百分比皆不超过35％的合金。高熵合金的高熵效应，使其不倾向于形成金属间化合物，而形成简单的固溶体结构；并带来了一系列的优异性能，如高的高温硬度、高耐磨性、高耐腐蚀、高电阻率等。

关于刀头配方的进一步说明，在刀头加工过程中，强碳化物的生成可以降低刀头烧结相的内界面张力，可以改善对金刚石的润湿性，但是一些强碳化物例如ti等元素虽然可以在金刚石表面产生碳化物，但是高熔点，易氧化的特性限制了其在金刚石工具行业的使用，目前的金刚石工具行业很少用这些元素做配方设计。而高熵合金由多种组元构成，可以通过添加si等元素又能够保持较低的熔点，这样在烧结的过程中，高熵合金中的强碳元素可以在烧结的过程中扩散出来在金刚石的表面生成强碳化物，达到提升刀头刀头把持力的作用。而且，高熵合金在结构上具有晶格畸变的效应，在晶格的不同格点由不同的元素所占据，所以高熵合金具有非常严重的晶格畸变，随之在宏观上表现出较好力学、热学性能。例如高硬度、高强度、高电阻、高温抗软化能力等。利用高熵合金来提升树脂轮本身耐热性，使得在高温的锯切的过程中不容易金刚石脱落。来达到提升产品的锋利和寿命的目的。

一种低温高强度磨边轮的制备方法，包括以下步骤：配料→混料均化→冷压成型→连续活化烧结→打磨→焊接→开刃→检验；其特征是，各个步骤具体如下：

(1)配料，取各组分的粉末，按上述的低温高强度磨边轮的刀头配方进行称重配料；

(2)混料均化，将配好的粉料放置入混料桶内，再把桶放到三维混料机上进行混料，混料时间为2小时；

(3)冷压成型，将混料均化后的粉料倒入自动冷压机，压制成刀头；

(4)连续活化烧结，将冷压成型的刀头放置到石墨模具中装配好，再把装配好的石墨模具放置到热压烧结机中进行烧结；

(5)打磨，将烧结好的刀头进行打磨，去除氧化皮、毛边、毛刺；

(6)焊接，将刀头通过自动焊接机焊接到磨边轮的基体上，形成低温高强度磨边轮；

(7)开刃，对焊接在磨边轮的刀头表面进行开刃处理；

(8)检验，检验合格后打包入库待用。

进一步地，所述步骤(4)的连续活化烧结有工艺过程如下：

1)在95秒内，烧结温度从室温升到450℃，压力升到40kn；

2)在70秒内，烧结温度从450℃升到550℃，压力升到为45kn，然后在此温度压力下保持30秒；

3)在75秒内，烧结温度从550℃升到665℃，压力提升到65kn，然后在此温度压力下保持30秒；

4)在40秒内内，烧结温度温度升到680℃，压力升到100kn，在此温度压力下保持90s；

5)最后在100kn的压力下，烧结温度在90秒内降至450℃。

由于高熵合金其具有多组元的结构，通过添加不同的元素可以使合金呈现其本身元素的本生特性，添加一些低熔点的元素，其高熵合金的本身的熔点将会降低。当烧结温度高于800℃的时候，金刚石强度将不可避免的遭受热损伤，本高熵合金材料的优势能够实现在较低的温度下烧结，从而避免了在烧结温度下对金刚石的热损伤，保证了金刚石工具在使用过程中的强度。

由上可知，相对于现有技术，本发明具有如下的优点：刀头的烧结温度降低20℃～140℃，节能环保；刀头的致密度、抗弯强度、硬度提高，磨边轮的锋利度和使用寿命均得到了大幅度的提升；刀头强度较高，耐磨耐热性好，刀头的把持力较强，降低了消耗，磨削力得到提升；对本领域的技术人员，产生了多种预料不到的技术效果，相对于现有技术，具有突出的实质性特点和显著的进步。

附图说明

图1为本发明优选的一种实施方式的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和优选的实施方式，对本发明及其有益技术效果进行进一步详细说明。

实施方式一：

作为本发明的一种实施方式，低温高强度磨边轮的刀头配方包括以下组分和各组分按质量份计的配比范围：

粒度小于300目的低松比cu粉末，14份；

粒度小于400目的fe粉末，14份；

粒度小于300目的sn粉末，7份；

粒度小于400目的cusn20-p粉末，5份；

电解ni，4份；

粒度小于300目的高熵合金粉末，50份；

其中，高熵合金为alconicusi，alconicusi各元素的原子百分比为：

al，13.45％；

co，25.16％；

ni，26.21％；

cu，27.15％；

si，8.03％。

参见图1，一种低温高强度磨边轮的制备方法，包括以下步骤：配料→混料均化→冷压成型→连续活化烧结→打磨→焊接→开刃→检验；其特征是，各个步骤具体如下：

步骤s1：配料，取各组分的粉末，按上述的低温高强度磨边轮的刀头配方进行称重配料；

步骤s2：混料均化，将配好的粉料放置入混料桶内，再把桶放到三维混料机上进行混料，混料时间为2小时；

步骤s3：冷压成型，将混料均化后的粉料倒入自动冷压机，压制成刀头；

步骤s4：连续活化烧结，将冷压成型的刀头放置到石墨模具中装配好，再把装配好的石墨模具放置到热压烧结机中进行烧结；

步骤s5：打磨，将烧结好的刀头进行打磨，去除氧化皮、毛边、毛刺；

步骤s6：焊接，将刀头通过自动焊接机焊接到磨边轮的基体上，形成低温高强度磨边轮；

步骤s7：开刃，对焊接在磨边轮的刀头表面进行开刃处理；

步骤s8：检验，检验合格后打包入库待用。

优选地，在步骤s4中，连续活化烧结有工艺过程如下：

步骤s4-1：在95秒内，烧结温度从室温升到450℃，压力升到40kn；

步骤s4-2：在70秒内，烧结温度从450℃升到550℃，压力升到为45kn，然后在此温度压力下保持30秒；

步骤s4-3：在75秒内，烧结温度从550℃升到665℃，压力提升到65kn，然后在此温度压力下保持30秒；

步骤s4-4：在40秒内内，烧结温度温度升到680℃，压力升到100kn，在此温度压力下保持90s；

步骤s4-5：最后在100kn的压力下，烧结温度在90秒内降至450℃。

上述配方分别在650℃、680℃、700℃的烧结温度下，制作的刀头的致密度分别对应为：98.53％、99.72％、99.57％。

上述配方分别在650℃、680℃、700℃的烧结温度下，制作的刀头的抗弯强度分别对应为：805mpa、912mpa、907mpa。

上述配方分别在650℃、680℃、700℃的烧结温度下，制作的刀头的硬度分别对应为：99.74hrb、102.5hrb、104.2hrb。

上述配方所制得的建筑陶瓷加工磨边轮为例，其锋利度为29m/min，使用寿命为108h。

通过测试数据可知，相对于现有技术，加入高熵合金后刀头的锋利度得到明显的提升，主要是由于高熵合金本身的热硬性作用，在高速高温的切割过程中刀头不容易发生弱化；而且高熵合金可以和金刚石和其他组分粉末发生化学冶金结合，提升了对金刚石的把持力，刀头的锋利度获得明显的提升，使用寿命也大幅提高。

实施方式二：

本实施方式中，除了各组分按质量份计的配比外，其它与实施方式一相同，各组分按质量份计的配比为：

低松比cu粉末，14份；

fe粉末，14份；

sn粉末，7份；

cusn20-p粉末，5份；

电解ni，4份；

高熵合金粉末，50份。

经测试，其性能基本与实施方式一相同。

实施方式三：

本实施方式中，除了各组分按质量份计的配比外，其它与实施方式一相同，各组分按质量份计的配比为：

低松比cu粉末，18份；

fe粉末，17份；

sn粉末，9份；

cusn20-p粉末，8份；

电解ni，7份；

高熵合金粉末，55份。

经测试，其性能基本与实施方式一相同。

实施方式四：

8.本实施方式中，除了各组分按质量份计的配比外，其它与实施方式一相同，各组分按质量份计的配比为：

低松比cu粉末，16份；

fe粉末，15份；

sn粉末，8份；

cusn20-p粉末，6份；

电解ni，5份；

高熵合金粉末，51份。

经测试，其性能基本与实施方式一相同。

根据上述说明书及具体实施例并不对本发明构成任何限制，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变形，也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。