镀膜金刚石与铜基结合剂间把持力提高方法探讨

在不改变成分的条件下,为了探讨将表面镀覆和表面刻蚀相结合来提高金刚石与金属结合剂把持力的方法和条件,将镀Ti、镀Cr和镀Ni金刚石在1050℃下保温1 h后,用真空热压烧结法制备未镀、高温处理前后镀覆金刚石的铜基结合剂样条。用扫描电子显微镜对金刚石镀层表面形貌进行观测,用金刚石高温热处理前后铜基结合剂样条的抗弯强度来评估金刚石与铜基结合剂的把持力,经1050℃高温处理1 h后,金刚石表面的镍镀层基本上保持完整,而钛镀层和铬镀层则出现脱落;镀覆金刚石的单颗粒抗压强度都下降;镀Ti和镀Cr金刚石铜基结合剂样条的抗弯强度下降,但镀Ni金刚石样条的抗弯强度却大幅度提高,达到833 MPa,增幅为12.1%。结果表明:只有高温处理后镀层保持完整而且镀层能使金刚石表面粗糙度提高的情况下,才能大幅度提高金刚石与金属结合剂之间的把持力。     

金刚石表面熔盐法镀钛的研究

研究了在金刚石表面熔盐镀覆Ti,镀Ti层的物相为TiC和Ti,创建了“金刚石-TiC-Ti”镀Ti层结构模型。提出了金刚石的脱落度和胎体材料对金刚石的把持力系数的新概念。使用一般金刚石与使用熔盐镀Ti金刚石的金刚石锯片相比,金刚石的脱落度由72.2%降至32.3%,减少39.9%;胎体材料对金刚石的把持力系数由75.6%增至92.81%,提高了17.21%。     

预合金粉末在金刚石绳锯胎体中的应用

文章重点阐述了多元素合金(预合金)结合剂在金刚石绳锯串珠配方体系中的应用以及与单质结合剂之间的优劣对比。不同胎体结合剂对金刚石的把持力以及对金刚石的磨损度都不同,但均以粉末胎体工艺为核心,包括硬度、强度、致密度、浸润能力、磨损性及物相偏析等,同时还与多元合金的组员比例、物相结构、烧结温度、原料工艺波动等因素有关。通过相关对比试验,优质的多元素合金结合剂在烧结过程中稳定性强,烧结后组织性能好,对金刚石的浸润性及把持力较好。     

金刚石表面镀覆技术的发展及应用

介绍了金刚石的表面镀覆技术及其发展.由于表面镀覆层能提高金刚石颗粒的强度、抑制在高温条件下金刚石颗粒的石墨化与氧化腐蚀,从根本上实现金刚石磨粒与结合剂胎体的化学冶金结合,因此,增强了结合剂对磨粒的把持力,有效地防止金刚石脱落,提高了工具的使用寿命和加工效率.     

燕山大学超硬材料研究室科研成果推广

金刚石和CBN真空微蒸发镀钛技术和设备是提高超硬工具性能、降低成本的重要手段；我们对购进的高纯钛进一步高真空高温净化，用于镀钛专用原料，防止易挥发的杂质优先沉积在金刚石表面，损害镀层质量和结合力。最新推出超纯低温镀覆原料再生使用技术，镀覆的金刚石，镀层白亮悦目，进一步提高了工具的性能和稳定性，每克拉镀覆成本低至0．5分，免除原料涨价影响。     

金刚石微粉表面镀覆研究进展

用于金刚石表面镀层的金属主要有铜、钛、镍、钨、钼、银等,不同程度的提高了金刚石颗粒的抗压强度、磨具的导热系数、使用寿命。对金刚石表面镀覆的工艺也有很多,主要有:化学镀、电镀、磁控溅射、真空蒸镀等。由于研磨液、精磨片、线锯等对金刚石颗粒的粒度要求比较细,这就需要对细粒度金刚石表面镀覆,但目前工业上最细能做到5~10μm,且其性能还不是太好,因此应加大对细粒度金刚石微粉镀覆的研究力度。     

金刚石镀覆刚玉对树脂结合剂磨具性能的影响

采用对比实验的方法,研究了以酚醛树脂作为基础结合剂制备的不同种类镀层金刚石磨具试样的力学性能、磨削性能和对磨削面微观形貌的影响,并进一步分析了无机物镀层相对与金属镀层在超硬材料领域的优势和应用前景.结果表明,在金刚石、酚醛树脂、氧化铬、聚四氟乙烯微粉等组分确定的前提下,镀覆刚玉的金刚石树脂结合剂磨具的磨削比较高,达到4.074,高于镀覆钛层17.7％,树脂结合剂对镀覆刚玉的金刚石的把持力最好,锋利性和耐磨性较好,具有良好的使用性能.     

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.     

真空蒸发镀钨金刚石制备工艺及其抗氧化性能研究

采用真空蒸发镀的方法在金刚石表面镀钨,研究了镀覆温度和保温时间对金刚石表面形貌、镀层成分与厚度、镀钨层物相的影响规律,分析了镀钨金刚石的抗氧化性能。结果表明,随着镀覆温度和保温时间的增加,钨元素百分比含量增加,镀层厚度也逐渐增加,镀层由间断变成连续致密的镀膜,并逐渐生成W2C和WC。镀钨后的金刚石抗氧化性提高,在900℃下保温1h的镀钨金刚石起始氧化温度、剧烈氧化温度比未镀钨的金刚石分别提高了18.8%、16.6%。     

镀钛对金属结合剂金刚石节块把持力的影响

以铁基和铜基为结合剂,分别加入表面未修饰金刚石和真空蒸发镀钛金刚石,在不同的烧结温度下热压烧结得到铁基和铜基结合剂金刚石节块。用扫描电镜观测了节块的断面形貌,用三点弯曲法测试了节块的抗弯强度。结果表明:与表面未镀金刚石节块相比,表面镀钛金刚石的铁基和铜基结合剂节块的抗弯强度和把持力系数都有所提高。表面镀钛层能加强金刚石与金属基体间的结合,从而提高把持力。     

Ni-P-纳米金刚石化学复合镀研究

采用制备的粒度150 nm以内的复合镀用纳米金刚石悬浮液进行了Ni-P-纳米金刚石化学复合镀研究,研究了工艺条件包括纳米金刚石加入量、搅拌方式、离子型和非离子型表面活性剂及其组合的加入对复合镀镀速和镀层性能的影响。结果表明:纳米化学复合镀要求镀液有更好的稳定性;镀速与搅拌方式有关,并且随纳米金刚石的加入而提高;组合型表面活性剂对复合镀层性能提高明显;表面形貌分析观察到镀层中纳米金刚石分布均匀,颗粒在100~200 nm左右。     

金刚石串珠绳锯橡胶保护套工作寿命的内因分析

金刚石串珠绳锯逐渐成为未来的主流切割工具,在矿山开采等领域具有广泛的应用。在大理石矿山切割中,橡胶保护套的工作寿命成为制约金刚石串珠绳锯寿命的重要因素。我们通过模型计算及实际生产,探讨了金刚石串珠与钢丝绳之间的粘接力及保护套的曲挠性能对金刚石串珠绳锯橡胶保护套工作寿命的影响。研究结果表明,提高金刚石串珠与钢丝绳的粘接力可以有效解决金刚石串珠脱落的问题,而改善橡胶的曲挠性能可防止串珠后端橡胶开裂的发生。     

镍-磷微米金刚石化学复合镀工艺及镀层性能

采用化学复合镀法在低碳钢表面镀覆Ni–P–金刚石复合镀层。化学镀基础镀液含硫酸镍25g/L、次磷酸钠25g/L、结晶乙酸钠15g/L和柠檬酸钠10g/L,pH为4～5,温度80～85°C。金刚石颗粒的平均粒径为5μm。比较了直接复合镀及两步复合镀工艺分别所得镀层的微观形貌。借助材料表面微纳米力学测试仪及磨损试验机研究了复合镀层的性能。先化学镀Ni–P合金30min,然后在机械间歇搅拌下加入金刚石0.4g/L,再复合镀10min,可使金刚石颗粒均匀地镶嵌在镍基镀层中,并有一部分凸出镀层表面,从而增大了镀层的摩擦因数及与GCr15相对面的咬合力。金刚石复合镀层的干摩擦因数可达0.518。动载条件下未出现脱落现象。     

金属结合剂金刚石工具的胎体组织结构与力学性能设计

针对金属结合剂金刚石工具的特点,文章改变传统的"经验型"设计方式,以胎体的把持力与磨损性为控制要素,以胎体的组织性能为设计核心,采用细颗粒的预合金粉末组合,获取精细化的物相组织,调控胎体的综合力学性能。实施"定量化"设计,使胎体的烧结致密度98.5%,抗弯强度超过1200 MPa,硬度达到HRB96～103。按量化设计指标生产制备花岗岩圆盘锯,在锋利度及使用寿命方面均取得了良好的实用效果,为金属结合剂金刚石工具的量化设计提供了有益参考。     

Ni-P-纳米金刚石化学复合镀研究

采用纳米金刚石分散混合液配制碱性化学复合镀N i-P-纳米金刚石镀液。研究了镀液中纳米金刚石的体积分数、搅拌强度对镀层成分、结合力、形貌、显微组织的影响。结果表明:镀层中金刚石的质量分数最高可达12%~24%,镀速可达11μm/h。镀层与基体的结合力与镀液中金刚石的体积分数关系不大,其结合力符合GB2933-86标准。搅拌强度为200 r/m in时,可获得纳米金刚石含量较高、表面形貌好的镀层。     

锯切线速度对FeCuCo基结合剂金刚石绳锯性能影响

采用FeCuCo基结合剂为原料和优化的制作工艺,以金刚石参数设计理论为依据,根据被切割石材的基本特征,制作出了金刚石绳锯进行石材矿山切割实验,研究绳锯线速度V_s对FeCuCo基结合剂金刚石绳锯锯切性能的影响规律。研究结果表明：不同线速度时,随着锯切的进行和串珠直径的逐渐消耗,绳锯锯切效率逐渐提高,而工具理论寿命逐渐降低;随着锯切线速度的增加,绳锯串珠表面单颗金刚石平均切削厚度h_c值呈逐渐减小的趋势;随着锯切线速度降低,绳锯串珠表面完整态金刚石出刃高度平均值呈逐渐升高的趋势,且锯切线速度越小,绳锯串珠表面金刚石出刃高度越大;随着锯切线速度的提高,岩屑D50粒度呈现逐渐降低的趋势,且明显远大于单颗金刚石平均切削厚度h_c值,这是由于金刚石颗粒的切削机理属于有裂纹扩展的“体积破碎”方式产生的。     

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。     

真空钎焊无镀覆和镀钛金刚石磨粒的实验研究

以Ni-Cr合金为钎料,对无镀膜和表面镀钛两种金刚石进行钎焊研究,实现了金刚石与钢基体的高强度连接.SEM和EDS等分析结果表明在一定的钎焊温度、时间及真空度下,钎料与两种金刚石均形成化学冶金结合.钎焊后无镀膜金刚石表层碳化物沿金刚石法线方向生长;而镀钛金刚石表层碳化物的生长方向为金刚石切线方向.对两种式样进行磨削实验发现,Ni-Cr合金对金刚石有很强的"把持力",在磨削过程中金刚石出现宏观破损,无金刚石脱落现象.     

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。     

热处理对镍–磷–金刚石复合镀层组织及摩擦学性能的影响

采用两步复合镀法在45钢上制备了镍-磷-金刚石复合镀层,即:先采用基础镀液(由NiSO_4·6H_2O 25 g/L、Na H_2PO_2·H_2O25 g/L、CH_3COONa·3H_2O 15 g/L和Na_3C_6H_5O_7·2H_2O 10 g/L组成,pH 4～5,温度80～85℃)化学镀镍-磷合金30 min,再在基础镀液中加入0.4 g/L金刚石微粒(平均粒径10μm),在机械间歇搅拌(搅拌10 s后停10 s)下复合镀10 min。然后在不同温度(150～450℃)下热处理1 h,研究热处理温度对复合镀层显微硬度、组织结构和摩擦学性能的影响。经350℃热处理的镍-磷-金刚石复合镀层的显微硬度为1 100 HV,摩擦学性能与进口摩擦垫片相当。