本发明涉及切割工具技术领域，具体涉及一种高强度孔锯及制作方法。
背景技术：
孔锯作为现代工业或工程中加工圆形孔的一种锯切类特殊工具，具有操作简单灵活、携带方便、安全，用途广泛等诸多优点，将孔锯安装在电钻上，就能方便地在铜、铁、不锈钢、有机玻璃等各种板材的平面、球面等任意曲面上进行开孔。
孔锯作为一种锯类工具往往由合金制成，为提高其强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性，厂家往往在其表面沉积陶瓷基涂层，这在一定程度上起到了相应效果，但是由于孔锯在切割过程中会不断产生热量，长期的升温冷却循环，会导致合金材料与陶瓷基涂层的结合性能下降，孔锯的力学强度降低，严重时会导致孔锯损坏。
技术实现要素：
发明目的：针对上述技术问题，本发明提供了一种高强度孔锯及制作方法。
本发明所采用的技术方案如下：
一种高强度孔锯，由筒型基体和锯齿组成，锯齿由锯齿基体、粘结层和增强层组成，锯齿基体、粘结层和增强层由内而外设置；
筒型基体和锯齿基体由相同或不同型号的合金材料制成，优选筒型基体和锯齿基体由相同型号的合金材料制成；合金材料可以选择普通高速钢，钢号：w18cr4v(w18)，也可以选择高性能高速钢，钢号：w6mo5cr4v2(m2)，优选高性能高速钢。
粘结层为mcralnby合金材料，其中m为co、ni或两者组合；
按质量百分比计，所述mcralnby合金材料由以下元素组成：
m：38-45％、al：9.5-11％、nb：2-4％、y：0.75-0.1％，其余为cr；
所述增强层由ticxn(1-x)和coo2组成，其中，x为0.35-0.7。
优选地，所述粘结层厚度为0.65-0.75μm，所述增强层厚度为1.5-1.8μm。
优选地，所述所述mcralnby合金材料由以下元素组成：
m：40％、al：10.5％、nb：2.2％、y：0.75％，其余为cr。
优选地，m为co和ni组合，两种元素的质量比为1-3:1。
优选地，ticxn(1-x)和coo2的质量比为8-10:1。
优选地，x为0.4。
上述高强度孔锯的制备方法如下：
s1：按元素成分比例将块状纯金属co、ni、al、nb、y、cr投入熔炼炉中，将熔炼炉抽真空至1×10-2-1.2×10-2pa，惰性气体保护，加热熔化、精炼成合金液后，雾化制粉，待冷却后收集mcralnby合金材料粉末；
s2：将锯齿基体表面打磨、抛光、清洗处理后放入磁控溅射设备中，启动设备溅射mcralnby合金材料到锯齿基体表面形成粘结层；
s3：接着溅射ticxn(1-x)和coo2到粘结层上，得到增强层，即可。
进一步地，上述高强度孔锯的制备方法，具体如下：
s1：按元素成分比例将块状纯金属co、ni、al、nb、y、cr投入熔炼炉中，将熔炼炉抽真空至1×10-2-1.2×10-2pa，氮气保护，加热熔化、精炼成合金液后，将合金液继续加热到过热度200-220℃，均质保温10-30min，再将合金液倒入预热至800-900℃的中间包中静置5-10min，再倒入雾化室，用高压高速氮气对合金液进行喷射，合金液凝固沉降成粉末落入收粉罐中，静置1-3h待粉末冷却后取出，筛分后收集所得到的mcralnby合金材料粉末；
s2：将锯齿基体表面用砂纸打磨，再在抛光机上抛光成镜面，用无水乙醇冲洗后再依次在去离子水、乙醇、丙酮中超声清洗10-20min后烘干，放入磁控溅射设备内的转盘上，启动设备溅射mcralnby合金材料到锯齿基体表面形成粘结层，溅射时参数如下：本底真空度1×10-3-1.5×10-3pa，溅射时真空度0.7-0.8pa，工作气体为氩气，氩气流量为30-35sccm，溅射电流0.5-0.55a，溅射时间10-15min，溅射时转盘以600-650r/min的速度旋转；
s3：mcralnby合金材料溅射结束后，接着溅射ticxn(1-x)和coo2到粘结层上，溅射时参数如下：本底真空度2×10-4-2.5×10-4pa，溅射时真空度0.1-0.15pa，工作气体为氩气，氩气流量为40-50sccm，溅射电流0.4-0.45a，溅射时间35-40min，溅射时转盘以600-650r/min的速度旋转，得到增强层，溅射结束即关闭气源和电源，待冷却后通入空气取出，将其与筒型基体焊接到一起即可。
本发明的有益效果：
在高速切割合金材料表面引入陶瓷基金属材料已经是一项较为成熟的技术，但是本申请选择ticxn(1-x)作为孔锯锯齿的增强材料，其可以大大改善孔锯锯齿的耐腐蚀、耐磨损和强度，发明人进一步将coo2与ticxn(1-x)搭配使用，coo2的加入一方面可以增加ticxn(1-x)的密着度，另一方面也可以提升增强层与粘结层之间的结合性能，粘结层选择mcralnby合金材料，相比于一般的mcraly合金，申请人引入了nb，并改变了co和ni的元素比例，其热膨胀系数处于锯齿基体与增强层材料之间，很好地缓解了基体金属与陶瓷基层之间的热不匹配性，这使得锯齿有很强的热稳定性，经过测试，本发明高强度孔锯具有良好的力学性能，而且经过冷热循环测试，相关力学性能并未受到影响，应用前景广泛。
附图说明
图1为本发明高强度孔锯的结构示意图。
图2为本发明高强度孔锯中锯齿的截面图。
附图标记，说明如下：
1-筒型基体；2-锯齿；3-锯齿基体；4-粘结层；5-增强层。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种高强度孔锯，由筒型基体(1)和锯齿(2)组成，锯齿(2)由锯齿基体(3)、厚度为0.7μm的粘结层(4)和厚度为1.6μm的增强层(5)组成；
筒型基体(1)和锯齿基体(3)均由高性能高速钢制成；
粘结层(4)为mcralnby合金材料，其中m为co和ni组合，按质量百分比计，由以下元素组成：
co：30％、ni：10％、al：10.5％、nb：2.2％、y：0.75％，其余为cr；
增强层(5)由tic0.4n0.6和coo2按质量比10:1组成。
上述高强度孔锯的制备方法如下：
按元素成分比例将块状纯金属co、ni、al、nb、y、cr投入熔炼炉中，将熔炼炉抽真空至1×10-2pa，氮气保护，加热熔化、精炼成合金液后，将合金液继续加热到过热度200℃，均质保温20min，再将合金液倒入预热至900℃的中间包中静置10min，再倒入雾化室，用高压高速氮气对合金液进行喷射，合金液凝固沉降成粉末落入收粉罐中，静置2h待粉末冷却后取出，筛分后收集所得到的mcralnby合金材料粉末，将锯齿基体(3)表面用砂纸打磨，再在抛光机上抛光成镜面，用无水乙醇冲洗后再依次在去离子水、乙醇、丙酮中超声清洗20min后烘干，放入磁控溅射设备内的转盘上，启动设备溅射mcralnby合金材料到锯齿基体表面形成粘结层(4)，溅射时参数如下：本底真空度1.2×10-3pa，溅射时真空度0.75pa，工作气体为氩气，氩气流量为35sccm，溅射电流0.5a，溅射时间12min，溅射时转盘以600r/min的速度旋转，mcralnby合金材料溅射结束后，接着溅射tic0.4n0.6和coo2到粘结层(4)上，溅射时参数如下：本底真空度2.5×10-4pa，溅射时真空度0.1pa，工作气体为氩气，氩气流量为45sccm，溅射电流0.4a，溅射时间37min，溅射时转盘以620r/min的速度旋转，得到增强层(5)，溅射结束即关闭气源和电源，待冷却后通入空气取出，将其与筒型基体焊接到一起即可。
实施例2：
一种高强度孔锯，由筒型基体(1)和锯齿(2)组成，锯齿(2)由锯齿基体(3)、厚度为0.75μm的粘结层(4)和厚度为1.8μm的增强层(5)组成；
筒型基体(1)和锯齿基体(3)均由高性能高速钢制成；
粘结层(4)为mcralnby合金材料，其中m为co和ni组合，按质量百分比计，由以下元素组成：
co：20％、ni：20％、al：10.5％、nb：2.2％、y：0.75％，其余为cr；
增强层(5)由tic0.4n0.6和coo2按质量比10:1组成。
上述高强度孔锯的制备方法如下：
按元素成分比例将块状纯金属co、ni、al、nb、y、cr投入熔炼炉中，将熔炼炉抽真空至1×10-2pa，氮气保护，加热熔化、精炼成合金液后，将合金液继续加热到过热度220℃，均质保温10min，再将合金液倒入预热至900℃的中间包中静置10min，再倒入雾化室，用高压高速氮气对合金液进行喷射，合金液凝固沉降成粉末落入收粉罐中，静置1h待粉末冷却后取出，筛分后收集所得到的mcralnby合金材料粉末，将锯齿基体(3)表面用砂纸打磨，再在抛光机上抛光成镜面，用无水乙醇冲洗后再依次在去离子水、乙醇、丙酮中超声清洗10min后烘干，放入磁控溅射设备内的转盘上，启动设备溅射mcralnby合金材料到锯齿基体表面形成粘结层(4)，溅射时参数如下：本底真空度1×10-3pa，溅射时真空度0.8pa，工作气体为氩气，氩气流量为35sccm，溅射电流0.55a，溅射时间15min，溅射时转盘以600r/min的速度旋转，mcralnby合金材料溅射结束后，接着溅射tic0.4n0.6和coo2到粘结层(4)上，溅射时参数如下：本底真空度2.5×10-4pa，溅射时真空度0.1pa，工作气体为氩气，氩气流量50sccm，溅射电流0.4a，溅射时间40min，溅射时转盘以600r/min的速度旋转，得到增强层(5)，溅射结束即关闭气源和电源，待冷却后通入空气取出，将其与筒型基体焊接到一起即可。
实施例3：
一种高强度孔锯，由筒型基体(1)和锯齿(2)组成，锯齿(2)由锯齿基体(3)、厚度为0.65μm的粘结层(4)和厚度为1.5μm的增强层(5)组成；
筒型基体(1)和锯齿基体(3)均由高性能高速钢制成；
粘结层(4)为mcralnby合金材料，其中m为co和ni组合，按质量百分比计，由以下元素组成：
co：30％、ni：15％、al：10％、nb：2％、y：0.1％，其余为cr；
增强层(5)由tic0.4n0.6和coo2按质量比8:1组成。
上述高强度孔锯的制备方法如下：
按元素成分比例将块状纯金属co、ni、al、nb、y、cr投入熔炼炉中，将熔炼炉抽真空至1×10-2pa，氮气保护，加热熔化、精炼成合金液后，将合金液继续加热到过热度200℃，均质保温10min，再将合金液倒入预热至850℃的中间包中静置10min，再倒入雾化室，用高压高速氮气对合金液进行喷射，合金液凝固沉降成粉末落入收粉罐中，静置2h待粉末冷却后取出，筛分后收集所得到的mcralnby合金材料粉末，将锯齿基体(3)表面用砂纸打磨，再在抛光机上抛光成镜面，用无水乙醇冲洗后再依次在去离子水、乙醇、丙酮中超声清洗20min后烘干，放入磁控溅射设备内的转盘上，启动设备溅射mcralnby合金材料到锯齿基体表面形成粘结层(4)，溅射时参数如下：本底真空度1.5×10-3pa，溅射时真空度0.75pa，工作气体为氩气，氩气流量为35sccm，溅射电流0.5a，溅射时间10min，溅射时转盘以600r/min的速度旋转，mcralnby合金材料溅射结束后，接着溅射tic0.4n0.6和coo2到粘结层(4)上，溅射时参数如下：本底真空度2×10-4pa，溅射时真空度0.14pa，工作气体为氩气，氩气流量为40sccm，溅射电流0.4a，溅射时间35min，溅射时转盘以600r/min的速度旋转，得到增强层(5)，溅射结束即关闭气源和电源，待冷却后通入空气取出，将其与筒型基体焊接到一起即可。
实施例4：
一种高强度孔锯，由筒型基体(1)和锯齿(2)组成，锯齿(2)由锯齿基体(3)、厚度为0.7μm的粘结层(4)和厚度为1.6μm的增强层(5)组成；
筒型基体(1)和锯齿基体(3)均由高性能高速钢制成；
粘结层(4)为mcralnby合金材料，其中m为co和ni组合，按质量百分比计，由以下元素组成：
co：19％、ni：19％、al：11％、nb：2.8％、y：0.77％，其余为cr；
增强层(5)由tic0.4n0.6和coo2按质量比9:1组成。
上述高强度孔锯的制备方法如下：
按元素成分比例将块状纯金属co、ni、al、nb、y、cr投入熔炼炉中，将熔炼炉抽真空至1×10-2pa，氮气保护，加热熔化、精炼成合金液后，将合金液继续加热到过热度200℃，均质保温20min，再将合金液倒入预热至900℃的中间包中静置10min，再倒入雾化室，用高压高速氮气对合金液进行喷射，合金液凝固沉降成粉末落入收粉罐中，静置2h待粉末冷却后取出，筛分后收集所得到的mcralnby合金材料粉末，将锯齿基体(3)表面用砂纸打磨，再在抛光机上抛光成镜面，用无水乙醇冲洗后再依次在去离子水、乙醇、丙酮中超声清洗20min后烘干，放入磁控溅射设备内的转盘上，启动设备溅射mcralnby合金材料到锯齿基体表面形成粘结层(4)，溅射时参数如下：本底真空度1.2×10-3pa，溅射时真空度0.75pa，工作气体为氩气，氩气流量为35sccm，溅射电流0.5a，溅射时间12min，溅射时转盘以600r/min的速度旋转，mcralnby合金材料溅射结束后，接着溅射tic0.4n0.6和coo2到粘结层(4)上，溅射时参数如下：本底真空度2.5×10-4pa，溅射时真空度0.1pa，工作气体为氩气，氩气流量为45sccm，溅射电流0.4a，溅射时间37min，溅射时转盘以620r/min的速度旋转，得到增强层(5)，溅射结束即关闭气源和电源，待冷却后通入空气取出，将其与筒型基体焊接到一起即可。
实施例5：
一种高强度孔锯，由筒型基体(1)和锯齿(2)组成，锯齿(2)由锯齿基体(3)、厚度为0.7μm的粘结层(4)和厚度为1.6μm的增强层(5)组成；
筒型基体(1)和锯齿基体(3)均由高性能高速钢制成；
粘结层(4)为mcralnby合金材料，其中m为co和ni组合，按质量百分比计，由以下元素组成：
co：30％、ni：10％、al：9.5％、nb：3％、y：0.75％，其余为cr；
增强层(5)由tic0.4n0.6和coo2按质量比9:1组成。
上述高强度孔锯的制备方法如下：
按元素成分比例将块状纯金属co、ni、al、nb、y、cr投入熔炼炉中，将熔炼炉抽真空至1×10-2pa，氮气保护，加热熔化、精炼成合金液后，将合金液继续加热到过热度200℃，均质保温20min，再将合金液倒入预热至900℃的中间包中静置10min，再倒入雾化室，用高压高速氮气对合金液进行喷射，合金液凝固沉降成粉末落入收粉罐中，静置2h待粉末冷却后取出，筛分后收集所得到的mcralnby合金材料粉末，将锯齿基体(3)表面用砂纸打磨，再在抛光机上抛光成镜面，用无水乙醇冲洗后再依次在去离子水、乙醇、丙酮中超声清洗20min后烘干，放入磁控溅射设备内的转盘上，启动设备溅射mcralnby合金材料到锯齿基体表面形成粘结层(4)，溅射时参数如下：本底真空度1.2×10-3pa，溅射时真空度0.75pa，工作气体为氩气，氩气流量为35sccm，溅射电流0.5a，溅射时间12min，溅射时转盘以600r/min的速度旋转，mcralnby合金材料溅射结束后，接着溅射tic0.4n0.6和coo2到粘结层(4)上，溅射时参数如下：本底真空度2.5×10-4pa，溅射时真空度0.1pa，工作气体为氩气，氩气流量为45sccm，溅射电流0.4a，溅射时间37min，溅射时转盘以620r/min的速度旋转，得到增强层(5)，溅射结束即关闭气源和电源，待冷却后通入空气取出，将其与筒型基体焊接到一起即可。
对比例1：
对比例1与实施例1基本相同，区别在于，对比例1中不引入粘结层(4)。
对比例2：
对比例2与实施例1基本相同，区别在于，对比例2中增强层(5)只有tic0.4n0.6，不含coo2。
性能测试：
对本发明实施例1-5、对比例1-2制备的锯齿及市售孔锯(品牌：天工，型号：m42开孔器)进行力学性能测试，测试结果如下表1所示：
表1：
分别将本发明实施例1-5、对比例1-2制备的锯齿及市售孔锯(品牌：天工，型号：m42开孔器)由初始温度293k，经100s升至最高温度1323k，保温100s后，5s内冷却至293k，再由293k经100s升至最高温度1323k，如此反复100次后，再进行力学性能测试，测试结果如下表2所示
表2：
由上方的表1和表2可知，本申请所制备的孔锯锯齿，具有良好的力学性能，而且经过冷热循环测试，相关力学性能并未受到影响。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
1.一种高强度孔锯，其特征在于，由筒型基体和锯齿组成，所述锯齿由锯齿基体、粘结层和增强层组成，所述锯齿基体、粘结层和增强层由内而外设置；
所述筒型基体和锯齿基体由相同或不同型号的合金材料制成；
所述粘结层为mcralnby合金材料，其中m为co、ni或两者组合；
按质量百分比计，所述mcralnby合金材料由以下元素组成：
m：38-45％、al：9.5-11％、nb：2-4％、y：0.75-0.1％，其余为cr；
所述增强层由ticxn(1-x)和coo2组成，其中，x为0.35-0.7。
2.如权利要求1所述的高强度孔锯，其特征在于，所述粘结层厚度为0.65-0.75μm，所述增强层厚度为1.5-1.8μm。
3.如权利要求1所述的高强度孔锯，其特征在于，所述所述mcralnby合金材料由以下元素组成：
m：40％、al：10.5％、nb：2.2％、y：0.75％，其余为cr。
4.如权利要求3所述的高强度孔锯，其特征在于，m为co和ni组合，两种元素的质量比为1-3:1。
5.如权利要求1所述的高强度孔锯，其特征在于，ticxn(1-x)和coo2的质量比为8-10:1。
6.如权利要求5所述的高强度孔锯，其特征在于，x为0.4。
7.一种如权利要求1-6所述的高强度孔锯的制备方法，其特征在于，具体如下：
s1：按元素成分比例将块状纯金属co、ni、al、nb、y、cr投入熔炼炉中，将熔炼炉抽真空至10-2pa，惰性气体保护，加热熔化、精炼成合金液后，雾化制粉，待冷却后收集mcralnby合金材料粉末；
s2：将锯齿基体表面打磨、抛光、清洗处理后放入磁控溅射设备中，启动设备溅射mcralnby合金材料到锯齿基体表面形成粘结层；
s3：接着溅射ticxn(1-x)和coo2到粘结层上，得到增强层，即可。
8.如权利要求7所述的高强度孔锯的制备方法，其特征在于，具体如下：
s1：按元素成分比例将块状纯金属co、ni、al、nb、y、cr投入熔炼炉中，将熔炼炉抽真空至1×10-2-1.2×10-2pa，氮气保护，加热熔化、精炼成合金液后，将合金液继续加热到过热度200-220℃，均质保温10-30min，再将合金液倒入预热至800-900℃的中间包中静置5-10min，再倒入雾化室，用高压高速氮气对合金液进行喷射，合金液凝固沉降成粉末落入收粉罐中，静置1-3h待粉末冷却后取出，筛分后收集所得到的mcralnby合金材料粉末；
s2：将锯齿基体表面用砂纸打磨，再在抛光机上抛光成镜面，用无水乙醇冲洗后再依次在去离子水、乙醇、丙酮中超声清洗10-20min后烘干，放入磁控溅射设备内的转盘上，启动设备溅射mcralnby合金材料到锯齿基体表面形成粘结层，溅射时参数如下：本底真空度1×10-3-1.5×10-3pa，溅射时真空度0.7-0.8pa，工作气体为氩气，氩气流量为30-35sccm，溅射电流0.5-0.55a，溅射时间10-15min，溅射时转盘以600-650r/min的速度旋转；
s3：mcralnby合金材料溅射结束后，接着溅射ticxn(1-x)和coo2到粘结层上，溅射时参数如下：本底真空度2×10-4-2.5×10-4pa，溅射时真空度0.1-0.15pa，工作气体为氩气，氩气流量为40-50sccm，溅射电流0.4-0.45a，溅射时间35-40min，溅射时转盘以600-650r/min的速度旋转，得到增强层，溅射结束即关闭气源和电源，待冷却后通入空气取出，将其与筒型基体焊接到一起即可。
技术总结