[发明专利]水刀喷嘴及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，具体的，本发明涉及水刀喷嘴及其制备方法。

背景技术

目前，水刀喷嘴主要有三大类：金属水刀喷嘴、陶瓷水刀喷嘴和硬质合金水刀喷嘴。其中，金属水刀喷嘴制造简单、成本低廉，但其耐磨性差，使用寿命短；而陶瓷水刀喷嘴硬度高，但制作工艺复杂，成本高，韧性差；传统的硬质合金水刀喷嘴主要为碳化钨-钴(WC-Co)系硬质合金，具有一定的硬度和耐磨性。但是现阶段，以上三种水刀喷嘴在超高压(200MPa以上)且带磨料的工况下，均会出现耐磨性差且易发生喷嘴碎裂的情况。

因此，为满足超高压且带磨料的使用要求，现阶段的水刀喷嘴的材料与制备方法均需要进行改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

本发明是基于发明人的下列发现而完成的：

本发明人在研究过程中发现，对于硬质合金材料而言，当其晶粒细化至亚微米级别、甚至是纳米级别时，其硬度及韧性都会得到显著地提升，从而对于只能耐受100MPa压力的传统硬质合金材料组成的水刀喷嘴产品，通过添加成核剂来控制硬质合金晶粒的大小，就可使该新型的硬质合金材料组成的水刀喷嘴可承受超高压(200MPa以上)且带磨料的工况，既能满足金属、复合材料及混凝土的快速切割，还可提高切割的效率。

本发明的发明人经过深入研究，提出一种制备水刀喷嘴的方法，该方法以碳化钨和成核剂为主要原料，其中成核剂可有效地控制硬质合金晶粒的大小，从而可有效地提升该硬质合金材料的硬度；并且采用快速高温烧结的工艺，最大限度地降低了硬质合金晶粒长大的可能性，进而使该材料制作的水刀喷嘴的断裂韧性显著提升，最终满足超高压且带磨料的工况使用要求。

有鉴于此，本发明的一个目的在于提出一种硬度高、密度高、断裂韧性高或者能耐200MPa超高压且带磨料的工况的水刀喷嘴的制备方法。

在本发明的第一方面，本发明提出了一种制备水刀喷嘴的方法。

根据本发明的实施例，所述方法包括：(1)将碳化钨与成核剂进行混合处理，以便获得混合粉末，其中，所述成核剂选自碳化钒和碳化铬的至少一种；(2)将所述混合粉末进行制粒和干燥处理，以便获得球形颗粒；(3)将所述球形颗粒放入模具中，进行快速加压烧结处理，以便获得所述水刀喷嘴的毛坯。

发明人意外地发现，采用本发明实施例的制备方法，可获得硬度高、密度高、耐磨性高的水刀喷嘴，该水刀喷嘴可承受超高压(200MPa以上)且带磨料的工况，并且该制备方法的加压烧结材料的时间短、真空度高且节约能耗，具有工业化批量生产的潜力。

另外，根据本发明上述实施例的方法，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的实施例，将所述碳化钨、所述成核剂与钴粉进行混合。

根据本发明的实施例，基于所述混合粉末的总重量，所述碳化钨、所述成核剂与所述钴粉的重量比为(96～99.99)：(0.01～2)：(0～4)。

根据本发明的实施例，所述混合处理是在球磨机中加入纯净水或无水乙醇进行50～150小时。

根据本发明的实施例，所述球形颗粒的粒径为0.6～3微米。

根据本发明的实施例，所述加压烧结处理的真空度为3～20Pa，烧结压力为20～60MPa。

根据本发明的实施例，所述快速加压烧结处理的温度为1300～2100摄氏度，升温速率为30～150摄氏度/分钟。

根据本发明的实施例，所述快速加压烧结处理采用分段加热方式。

根据本发明的实施例，所述方法进一步包括：(4)对所述水刀喷嘴的毛坯进行精细机械加工，以便获得所述水刀喷嘴。

在本发明的第二方面，本发明提出了一种水刀喷嘴。

根据本发明的实施例，所述水刀喷嘴是通过上述的方法制备的。

发明人意外地发现，本发明实施例的水刀喷嘴，由于其硬质合金材料的晶粒在微米级别以下，从而使该水刀喷嘴的硬度高、密度大且断裂韧性高，可承受超高压(200MPa以上)且带磨料的工况，既能满足金属、复合材料及混凝土的快速切割，还可提高切割的效率。本领域技术人员能够理解的是，前面针对制备水刀喷嘴的方法所描述的特征和优点，仍适用于该水刀喷嘴，在此不再赘述。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：