采用激光熔覆金属合金的锯元件制造技术

本发明专利技术涉及一种通过激光熔覆法生产的锯元件。在该方法中，金属基体材料的供应通过激光束加热并沉积在金属基底上，同时将磨料颗粒加入到成形磨料层中。特别是，向激光束供应的金属基体材料是包括低熔点金属粉末和高熔点金属粉末的混合物。激光沉积在设定的处理温度处进行，该处理温度处于对磨料颗粒、特别是金刚石颗粒几乎没有损伤的范围内。低熔点金属粉末在处理温度以下熔融，而高熔点金属粉末在处理温度以上熔融。即使在金属基体粉末流中仅包含很少重量分数的高熔点金属粉末，所得磨料层也显示出增加的硬度。由此产生的锯元件在磨料颗粒磨损和金属基体磨损之间显示出良好的平衡。详细描述了锯元件是锯珠的特定情况。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】采用激光熔覆金属合金的锯元件
本专利技术涉及一种制造锯元件的方法和由所述方法得到的锯元件。锯元件可以用作锯装置中的活动锯切部分，该锯装置诸如为锯盘、锯片、锯帘线或研磨工具。本专利技术特别感兴趣的是用于锯帘线上的锯珠形式的锯元件的情况。
技术介绍
用于切割硬和脆性材料(诸如天然或人造石)的锯片、锯盘或锯帘线中的锯元件大多通过粉末冶金生产。在该过程中，通常是金刚石颗粒的磨料颗粒与金属粉末的混合物充分混合，在升高的温度和压力下冷压并烧结(热压、自由烧结或热等静压)成为压块，其随后附着到片、盘或帘线。金属基体材料的混合物包含所有种类的金属，其组成选择为在以下之间折衷：-足够但不太高的磨损，因为太耐磨的压块在使用期间不会充分地使金刚石暴露出来而引起金刚石的抛光。另一方面，过高的磨损将导致金刚石的过早损失，即在金刚石已经充分切割之前，并且锯元件磨损得太快。-温度限制，因为金刚石颗粒容易受到热损伤。太高的温度——例如长时间(数分钟)超过1000℃——将使金刚石反转成石墨。因此，使用诸如钴、钨、铁或镍之类的具有高熔点温度的金属粉末与诸如铜、锡、银之类的少量低熔点金属的混合物来改善固结(例如参见WO2008/040885)。所得的金相显示了典型地用于从熔体缓慢固化的构成金属或合金的晶粒细胞。建议使用具有磨料颗粒的激光熔覆金属层用于锯片或盘(EP1027476、EP1155768)已经有几年。当使用金刚石颗粒时，特别是当使用人造金刚石颗粒时，具有激光熔覆的沉积带来一些特殊的问题。沉积期间的温度冲击可以在金刚石的芯处开始石墨化过程，由金刚石颗粒中固有地存在的金属催化剂催化，由此金刚石返回到石墨。由于块状基底(片或盘)用作热沉，可以控制对金刚石的热损伤。在锯珠的情况下，激光熔覆更困难，因为其上发生熔覆的微小金属套筒仅仅是微小的(小于几克的质量)，并且不提供热沉(例如参见本申请人的WO2012/119947)。在本申请人(PCT/EP2014/056572)的待审申请中，通过在熔覆过程中的仔细的温度控制来可选地解决这个问题，因为温度在小于200毫秒的有限的时间内允许超过1150℃。金刚石颗粒通常不会在超过1300℃的热冲击下幸存。因此，液相线温度——即金属或金属合金在热平衡条件下从固体完全转变为液态的温度——高于约1100℃的金属基体材料通常从具有金刚石的激光熔覆中排除，因为该金属或金属合金在该温度处不会完全熔融。因此，适合于与金刚石颗粒共熔覆的金属基体材料的搜索限于具有400℃至1000℃且可能高达1100℃但不更高的液相线温度的那些金属和合金。在WO2012/119947中提出的可能的镍基合金是：–具有约900℃的液相线温度的Ni-Cr-P(例如具有13至15wt％(重量百分比)的Cr和9.7至10.5wt％的P，余量为Ni)。–可替代地，存在Ni-Cr-Fe-Si-B(例如13-15wt％的Cr、2.75-3.5wt％的B、4-5wt％的Si和4-5wt％的Fe，余量为Ni)。但是这些合金已经具有1040℃和更高的液相线温度。不幸的是，包含P、B和Si的合金倾向于形成脆性的磷化物、硼化物或硅化物相(EP1380381B1)，因此在锯元件中不太有用。通过引入作为用于硅化物形成的分散剂的Mn，可以减少脆性相的析出，如在Cr20wt％、Mn14wt％和Si6wt％的组成中。然而，液相线温度然后进一步上升到1080℃。因此，激光熔覆磨料层通常包括低温熔融的铜基合金，诸如黄铜(铜和锌作为主要元素)和青铜(铜和锡作为主要元素)，后者是更优选的。其他优选的合金是基于银或铟的这种Ag-Cu、Ag-Cu-Zn或Ag-Cu-In。Sn、Ag、Zn或In的添加将合金的熔点降低到低于铜的熔点(1080℃)。当将金刚石颗粒合并到激光熔覆层中时，还必须合并润湿金刚石颗粒并将颗粒保持在熔池中的活性金属。为了这个目的，大多使用钛，有时使用铬。因此，所使用的青铜具有10至20wt％的Sn和2至10wt％的Ti，其余是铜。通过激光熔覆沉积的磨料层的金相与通过粉末金相获得的层的金相显著不同。在粉末冶金途径中，由于过程的缓慢，所有金属相处于热平衡。在激光熔覆中，熔融金属相可以被冷却得如此之快，使得平衡相没有足够的时间生长。因此，激光熔覆层可以在适当的沉积和固化速度条件下显示精细的枝状的结构，其中具有较低凝固点的相被排出形成了具有较高凝固点的相。然后可以在由具有较高凝固点的相形成的叶与茎之间发现具有较低凝固点的相。虽然通过激光熔覆获得的该精细的金相结构提高了磨料层的耐磨性，但是通常使用的低熔点金属基体的硬度对于在锯切应用中仍然不是最佳的。尽管金刚石保持性良好并且对金刚石的损伤仍然是可接受的，但是磨料层仍然倾向于磨损得太快。因此，本专利技术人寻求了可以被激光熔覆并且提供优异的锯特性的其他金属基体组成。为了熔覆这些磨料层，也必须重新开发沉积方法。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种具有最佳锯切行为的激光熔覆锯元件的方法。“最佳锯切行为”是指磨料颗粒的磨损与围绕磨料颗粒的金属基体材料的磨损同步。磨料颗粒本身在激光熔覆过程期间不被或仅仅轻微损伤。本专利技术的进一步目的是公开已经发现导致通过激光熔覆制造的锯元件的最佳锯切行为的金属基体材料组成。本专利技术的另一个目的是提供一种锯珠形式的锯元件，其可在锯帘线中使用。根据本专利技术的第一方面，公开了一种制造锯元件的方法。锯元件构建在金属基底上并且包括通过激光熔覆所沉积的磨料层。锯元件按如下制造：–首先，提供金属基底。金属基底可以是圆锯片或矩形片，或者它可以是用于制成锯珠的小金属套筒。金属基底可以由不锈钢或普通碳钢制成，例如低碳钢；–第二，粉末形式的金属基体材料在气流中被携带到金属基底。气流是惰性气体流，诸如氩气流；–磨料颗粒在气流中或与气流分开供应；–通过激光束在金属基底上的特定点处供应能量。激光束在金属基底上的光斑处局部加热金属基体材料。通过在激光束下移动金属基底或者在金属基底上移动激光束或两者，使金属基底和激光束相对于彼此移动。同时，将磨料颗粒加入到成形磨料层中。在入射激光束光斑处，将达到由激光的热输入减去由部分或完全熔融的金属基体粉末的排热以及减去由金属基底带走的热量(通过热传导和/或通过将金属基底物理地移出激光束)而确定的处理温度。该方法不排除磨料层沉积在已经沉积的磨料层上。在锯珠的情况下，激光沉积的轨迹在已经沉积的磨料层上重复返回。该方法的具体内容现在是金属基体材料粉末是包含低熔点金属粉末和高金属熔融粉末的混合物。低熔点金属粉末具有低于处理温度的液相线温度，而高熔点金属粉末具有高于该处理温度的液相线温度。可能地，低熔点和高熔点金属粉末从不同的通道进料或它们进入同一气流中。后者是更优选的，因为混合更紧密。专利技术人直观地推理如下：通常高熔点金属粉末更硬，使用在沉积期间完全液化的低熔点相和在沉积期间可能不完全熔融的高熔点金属粉末的混合物将导致其中较硬的金属区域将被较软的低熔点相焊接的金属基体，从而导致整体较硬的金属基体材料。如上所述，该推理是直观的，并且不意味着限制本专利技术。在进一步精制的方法中，高熔点金属粉末的固相线温度高于处理温度。液相线温度是固体金属或金属合金在热平衡条件下转变为完全液态的温度。固相线温度是液体金属或金属合金完本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造包括金属基底和磨料层的锯元件的方法，所述方法包括以下步骤：‑提供金属基底；‑提供以气流携带的粉末形式的金属基体材料到所述金属基底的供应；‑供应磨料颗粒；‑通过激光束供应能量；其中在所述磨料颗粒被添加到所述成形磨料层的情况下，所述激光束加热在使得相对于所述激光束移动的所述金属基底上的所述金属基体材料，所述加热在处理温度处进行，其特征在于，所述金属基体材料粉末是包含低熔点金属粉末和高熔点金属粉末的混合物，所述低熔点金属粉末具有低于所述处理温度的液相线温度，所述高熔点金属粉末具有高于所述处理温度的液相线温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.01 EP 14187315.81.一种制造包括金属基底和磨料层的锯元件的方法，所述方法包括以下步骤：-提供金属基底；-提供以气流携带的粉末形式的金属基体材料到所述金属基底的供应；-供应磨料颗粒；-通过激光束供应能量；其中在所述磨料颗粒被添加到所述成形磨料层的情况下，所述激光束加热在使得相对于所述激光束移动的所述金属基底上的所述金属基体材料，所述加热在处理温度处进行，其特征在于，所述金属基体材料粉末是包含低熔点金属粉末和高熔点金属粉末的混合物，所述低熔点金属粉末具有低于所述处理温度的液相线温度，所述高熔点金属粉末具有高于所述处理温度的液相线温度。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述高熔点金属粉末的固相线温度高于所述处理温度。3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述处理温度在1000℃与1300℃之间。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述低熔点金属粉末是基于铜合金的。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述低熔点金属粉末还包括由锡、锌、银、铋、锑、铟、铅和磷组成的第一组元素中的一种或多种。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述高熔点金属粉末包含由镍、铁、钴和锰组成的第二组中的一种或多种金属。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述低熔点金属粉末和/或所述高熔点金属粉末还包含由铬、钛、钒、钨、锆、铌、钼、钽和...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·瓦尼克，T·贝克兰特，
申请(专利权)人：贝卡尔特公司，
类型：发明
国别省市：比利时,BE