金属结合剂金刚石工具胎体耐磨性随烧结温度变化的研究

文章重点研究了一种铁基金属结合剂金刚石工具胎体耐磨性随烧结温度升高的变化规律。通过对胎体耐磨性、硬度、抗弯强度、抗冲击强度等一系列物理性能指标的测定,以及利用该胎体制成的锯片做对比试切试验结果分析,得出以下结论：（1）铁基结合剂胎体耐磨性随温度的升高呈现3个阶段的规律变化;（2）测定出了耐磨性最佳时烧结温度范围。将该项研究成果应用于生产中可以大幅度地降低金属结合剂金刚石工具的单位产出能耗,符合国家节能减排的经济增长方式。     

提高金刚石把持力的三种方法

（1）提高机械把持力。这是由于金属粉末在烧结时产生收缩，形成压缩应力把持住金刚石。压缩应力的产生是由于金刚石与胎体金属热膨胀系数不同，由于烧结时或晶体形成与长大引起体积变化所致。由于胎体屈服强度有限，故产生的压缩应力与机械把持力有限。     

金刚石工具胎体材料机械性能的概述

金刚石具有高硬度、高强度、高耐磨性等一系列优异特性,被广泛地用来制备金刚石工具。金刚石工具工作寿命和性能的一个重要指标就是金刚石在金刚石工具中的把持强度,其在实际工作中的使用效果在很大程度上取决于胎体材料的性能。文章从固结温度、掺杂、金刚石表面涂层等几个方面对胎体材料机械性能的影响进行了概述,其中包括硬度,屈服强度,弯曲强度和冲击强度。最后指出了金刚石工具胎体材料性能研究存在的问题,并提出了解决对策,为胎体材料的设计提供了理论指导。     

制粒剂对无压烧结金刚石工具胎体的性能的影响

为了研究制粒工艺对无压烧结金刚石工具胎体的性能的影响,实验将不同含量的制粒剂加入到合金粉末中通过无压烧结制备金刚石工具胎体试样块,研究了不同制粒剂含量对胎体力学性能的影响。结果表明：在烧结温度为875℃、保温时间为60min的无压烧结工艺下,添加不同含量的制粒剂对胎体的烧结力学性能有着重要的影响。随着制粒剂含量增加,胎体的力学性能都是逐渐下降的。     

金刚石钎焊（下）

金刚石磨料主要靠机械夹持力把持在金属（烧结或电镀）胎体中。由于这一弱点,在切割过程中,金刚石不可避免地会从胎体中脱落或掉出。此外,金刚石突出高度较低,故金刚石工具的切割速度受到限制。而且,金属胎体和工作对象（被切割岩石）相互磨擦,将会导致金刚石和其它材料的热损伤,而且工作的功率消耗将增加。金刚石采用钎焊的办法牢固地把持在金属胎体中,可形成强力的化学结合,金刚石磨料的突出高度将成倍提高,而不会从胎体中脱落或碎裂。因此,金刚石工具的切割速度将会成倍提高。当钎焊料熔融时,碳化物形成物将向金刚石方向迁移而在界面上形成碳化物。这种反应可能过分而使金刚石质量明显下降。此时,可能需要对金刚石进行镀覆以便缓和与控制这种反应。当金刚石钎焊在基体的表面时,熔化趋向于将金刚石聚集在一起,可促使钎焊层局部加厚。这种金刚石晶粒的成簇聚集将降低金刚石工具的切割效率。一种金刚石矩阵有序排列设计（grid）是必要的,它可保持钎焊层具有均匀的厚度。因此钎焊合金可控熔融,可使每一粒金刚石晶体周围形成较缓的坡度。这种整体均匀焊层的支承可使金刚石工具高速有效切割,而功率消耗较低。     

金刚石钎焊（上）

金刚石磨料主要靠机械夹持力把持在金属（烧结或电镀）胎体中。由于这一弱点,在切割过程中,金刚石不可避免地会从胎体中脱落或掉出。此外,金刚石突出高度较低,故金刚石工具的切割速度受到限制。而且,金属胎体和工作对象（被切割岩石）相互磨擦,将会导致金刚石和其它材料的热损伤,而且工作的功率消耗将增加。金刚石采用钎焊的办法牢固地把持在金属胎体中,可形成强力的化学结合,金刚石磨料的突出高度将成倍提高,而不会从胎体中脱落或碎裂。因此,金刚石工具的切割速度将会成倍提高。当钎焊料熔融时,碳化物形成物将向金刚石方向迁移而在界面上形成碳化物。这种反应可能过分而使金刚石质量明显下降。此时,可能需要对金刚石进行镀覆以便缓和与控制这种反应。当金刚石钎焊在基体的表面时,熔化趋向于将金刚石聚集在一起,可促使钎焊层局部加厚。这种金刚石晶粒的成簇聚集将降低金刚石工具的切割效率。一种金刚石矩阵有序排列设计（grid）是必要的,它可保持钎焊层具有均匀的厚度。因此钎焊合金可控熔融,可使每一粒金刚石晶体周围形成较缓的坡度。这种整体均匀焊层的支承可使金刚石工具高速有效切割,而功率消耗较低。     

保温时间对Fe基金刚石钻头性能影响的研究

在热压烧结法制造金刚石钻头的过程中,胎体配方和烧结工艺是直接决定金刚石钻头性能的两个关键因素。为了提高钻头的钻进效果并降低钻头成本,采用高铬铁合金粉和镍铁合金粉替代WC粉作为金刚石钻头的胎体配方材料。热压金刚石钻头的烧结参数主要包括烧结温度、保温时间、烧结压力和加压方式,其中保温时间的长短直接关系热压金刚石钻头的性能。文章主要讨论保温时间对Fe基金刚石钻头性能的影响。选用新的Fe基配方,以保温时间为变量,其余参数保持不变,装料并烧结一组此参数下的样品。通过对这些样品的弯曲、拉伸、压缩、硬度等力学性能测试以及断口扫描电镜分析,最终得出此配方下的最优保温时间。     

钎焊多层金刚石薄壁钻的性能研究

采用钎焊法制备多层金刚石薄壁钻,并对空白胎体及孕镶胎体的密度、抗弯强度等机械性能和钻头的使用性能在相同的工艺条件下与烧结钻头进行对比。结果表明：钎焊空白胎体和孕镶胎体的密度高,抗弯强度较大。钎焊钻头金刚石的出刃高度比烧结钻头提高了12.5%。钎焊钻头比烧结钻头的使用寿命提高了17.75%,但效率降低了4.63%。     

金属粉料预压块的还原处理对金刚石工具胎体性能的影响

以铁基粉末为金刚石工具胎体材料,采用＂预压-还原-热压烧结＂和＂预压-热压烧结＂工艺制备烧结体。采用氧含量测定仪检测了预压块和还原块的含氧量,采用扫描电子显微镜（SEM）观察了烧结体的微观形貌,研究了铁基粉末预压块的还原处理对胎体体积密度、洛氏硬度、抗弯强度和耐磨性等性能的影响。试验结果表明：经过还原处理后,还原块的氧含量明显降低,获得的烧结体组织更加致密,其性能也优于未处理过的。     

SiC涂层对金刚石刀头性能的影响

探索了在金刚石表面镀覆SiC涂层的工艺方法,并以机械合金化铁合金粉末为基体,采用热压烧结工艺制备了长条形金刚石刀头,测试分析了刀头的硬度、抗弯强度和微观组织。结果表明：用金刚石＋Si＋I2混合粉末（工艺A）、或金刚石＋聚碳硅烷（PCS）溶液（工艺B）于1000℃～1200℃真空反应,均能在金刚石表面制备出SiC涂层;在基体中添加Zn、Sn等低熔点元素,会降低刀头的硬度和强度;而添加少量B4C,可以起弥散强化的作用;对金刚石先镀Ti、再镀SiC,可使刀头的硬度和强度进一步提高,最高硬度为HRB118,抗弯强度为543MPa。     

金属热压模具在金刚石锯片中的应用

通过采用金属热压模具及其对应的热压工艺制造出的锯片,与采用石墨热压模具及其对应的热压工艺制造出的锯片,进行锯切混凝土对比试验,并对锯片工作面的金刚石状态进行测量。结果表明,用金属热压模具制造出的锯片的性能不比用石墨热压模具制造出来的锯片的性能差,其烧结温度可降低60℃,原因是前者胎体包镶金刚石的能力比后者强,且热压工艺中对金刚石的损伤比后者少。这将能充分发挥金属材料抗氧化性强、低温强度高的优势,从而使金属材料能应用于金刚石锯片热压模具。金属热压模具替代石墨热压模具制造特殊锯片齿时,单齿热压模具成本更低,精度更高。     

碳化硅——一种新的金刚石工具工业用镀覆材料

文章对一种新的碳化硅镀覆金刚石的特性及其应用进行了讨论。研制的镀覆技术对化学侵蚀提供了良好的保护，同时不影响与降低金刚石在工具上的把持性能。这使得工具制造商在使用不太贵的、而化学上侵蚀性较大的胎体材料时能有效地节省费用。同时还发现，碳化硅镀覆的金刚石能很好地适用于高温下金刚石工具的制造，实验数据表明，用碳化硅镀覆的金刚石工具能改善不同使用条件下的工具性能与寿命。最后，该研究还确定了这种新的镀覆技术给工具制造商提供最大效益的应用范围。     

提高优质金刚石锯片质量的技术方案

1、采用生产性能稳定，粗颗粒、热稳定性好（ti与tfi值接近）的高强金刚石。金刚石工具基本上是由金刚石与胎体在一定工艺条件下固定在工作基体上，主要靠金刚石的磨削、切割作用来加工不同石材。因此，原材料（金刚石）的质量、粒度和浓度对金刚石工具有着决定性的作用。     

钎焊单层金刚石工具现状评述

钎焊金刚石工具因具有容屑空间大、结合强度高、使用寿命长等其它电镀和烧结金刚石产品无可比拟的优势而越来越受国内外研究者的重视。文章从钎料、加热方式和工具产品三个方面介绍了当前国内外钎焊单层金刚石工具的研究成果,分析了大规模生产应用钎焊金刚石工具存在的问题,并在此基础上指出工艺发展方向。     

金刚石工具企业节电有妙招：巧用复合材料

采用新型模框及进口保温材料改造烧结工艺，泉州一家金刚石工具企业尝到节能的甜头：H15刀头的一次烧结数量由10个变为15个，每个刀头平均烧结时间由40秒降到35秒，比原来节省了大约八分之一的耗电量。     

激光焊接金刚石工具过渡层预合金粉末的试验研究

目前可以用于制备激光焊接金刚石工具过渡层粉末的方法主要有机械混合法、雾化法和化学共沉淀法。化学共沉淀法生产的粉末成分均匀,实现了粉末的预合金化,并且设备简单,生产成本低。此次试验采用草酸盐化学共沉淀法,成功制备了3种不同成分的激光焊接金刚石工具过渡层预合金粉末。焊接强度测试表明,3种粉末的焊接强度均满足欧盟EN13236安全标准,其中2#粉末的焊缝强度最高。X射线物相分析结果表明,3种粉末的主相都是Co3Fe7和CoFe。此外,固定Fe与Co的质量比,加入2wt.%的铜可以有效提高预合金粉末过渡层的焊接强度和稳定性。这是因为,Cu原子完全溶入到Co3Fe7或CoFe晶胞中并形成固溶体,产生了固溶强化。     

薄壁金刚石钻头的研制和在电熔锆刚玉耐火材料中的应用

电熔锆刚玉砖具有高硬度、耐高温、耐磨损、抗腐蚀等特点,因而成为玻璃熔窑的关键筑炉材料。文章通过复合电镀方法研制和生产薄壁金刚石钻头。在研制过程中,对金刚石钻头的胎体配方进行了优化,确定了电镀工艺参数,分析了金刚石参数等对钻进过程的影响,采用混目金刚石扩大了钻头的适用范围,提高了钻头的自锐性。研制的电镀薄壁金刚石钻头用于钻进锆刚玉砖耐火材料,其平均使用寿命达到6m,钻进时效为1.5m。使用结果表明:胎体配方、工艺流程和电镀参数是合理的,电镀金刚石薄壁钻头是最适合钻进电熔锆刚玉砖的金刚石工具,加工后的锆刚玉砖具有精确的几何形状和高光洁度的表面。     

Ni-Cr合金钎焊金刚石磨粒的试验研究

通过两种N i-C r合金在石墨表面润湿性实验,观察合金对石墨润湿过程,考察作为钎焊单层金刚石工具用合金钎料对金刚石的浸润性能。针对钎料对金刚石的浸润特点,采用恰当的加热方式和工艺来完成这种单层金刚石工具的钎焊,并利用扫描电镜和能谱仪分析钎焊后钎料与金刚石的过渡层特征,显示了这种紧密的化学冶金结合。观察样品经重负荷磨削后的工作面,发现金刚石正常损耗,无脱落。最后,考察钎焊后金刚石冲击强度下降的程度并分析其原因,说明了采用合理的工艺来减小这种高温钎焊对金刚石所造成的热损伤的必要性。     

不断完善预合金粉末的性能,满足金刚石工具的应用（上）

随着预合金粉末在金刚石工具中使用量的增加,使用范围的不断扩大,不断完善预合金粉末的性能,进一步满足金刚石工具应用的需求,具有重大作用与意义。在预合金粉末生产方法中：湿法冶金方法生产的预合金粉,广泛并成功地应用在国外,但成本高,在国内市场应用较少。机械合金化方法多用于科研中,批量生产能耗大。在国内主要采用气雾化、水雾化、多金属化学共沉积法等生产预合金粉末。文章探讨了氧含量对金刚石工具性能的影响;介绍了国内不同生产设备条件下的还原工艺,进一步提出不断完善预合金粉性能的各种途径,以满足金刚石工具应用的需求。     

提高金刚石强化柱齿性能的研究

针对牙轮钻头制造行业对边楔形金刚石强化柱齿的需求及锥球形金刚石强化柱齿在耐磨性、外观、结合强度等方面的不足进行研究。采用烧结法合成边楔形金刚石强化柱齿,使用焙烧石墨模具,合理设计硬质合金基体,选用合适的工艺配方,研制成功了边楔形金刚石强化柱齿,为国内首创,平均磨耗比≥10万,满足了牙轮钻头厂家的要求。采用混合烧结法制作D-D结合的锥球形金刚石强化柱齿,平均磨耗比≥20万,比用烧结法制作的同类产品的耐磨性提高了一倍,外观质量得到明显改善。应用本研究成果生产的产品国内市场占有率达70%以上。