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。     

Ni-Cr合金钎焊单层金刚石磨料的试验研究

单层钎焊超硬磨料工具有着传统电镀工具无法比拟的优异性能。利用高频感应加热的方法，以Ni-Cr合金为钎料，通过控制电流和加热时间，实现了金刚石与钢基体的牢固连接。利用恒压划擦磨损实验对钎焊后的金刚石工具性能进行了评价，在整个划擦磨损过程中都没有发现金刚石整颗脱落，金刚石磨粒的磨损过程为正常磨损。     

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氮化腐蚀，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。     

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。     

一种新型焊接剂对金属胎体性能的影响研究

通过在同一金属胎体配比中加入不同含量新型金属焊接剂,制作成40×5×10（mm）金属结块并在K型SiC砂轮上进行磨损对比测试研究,分析了不等含量的金属焊接剂加入对金属胎体各性能的变化影响,通过与原金属胎体对比研究发现,加入新型焊接剂的金属胎体抗折强度更高,对金刚石的把持力更好,金刚石工具的寿命更长。     

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。     

金刚石工具的高真空钎焊

在金属结合剂金刚石工具中 ,除了烧结和电镀法制作的工具 ,钎焊工具的使用正日益增多。这种工具的性能一般介于烧结工具和电镀工具之间 ,在对金刚石工具进行高真空钎焊时 ,随着润湿过程的进行 ,可以观察到金刚石磨粒的碳化现象。如果比较烧结金属结合剂和电镀金刚石两种砂轮的寿命 ,在加工石材时 ,烧结工具的寿命是电镀工具的3到 4倍 ,但这种工具也有缺点 ,他们不仅所用的金刚石量多 ,而且由于较小的容屑空间 ,限制了切割速度。在相同的工作条件下 ,钎焊金刚石工具的寿命可达到烧结工具寿命的 5 0 %～ 70 % ,和电镀工具一样 ,钎焊工具所使用…     

钎焊法制造多层均布金刚石薄壁钻及其性能研究

采用钎焊法制造多层均布金刚石薄壁钻,观察了金刚石的出刃高度以及胎体与金刚石的微观形貌,并对多层均布钻头进行钻进实验。结果表明：钎焊金刚石的出刃高度可达70％。在钎焊过程中,Ni--Cr合金钎料中的活性元素Cr向金刚石表面富集,Ni--Cr合金钎料中的Ni、Cr原子和胎体中的Co原子相互扩散使得胎体与金刚石结合牢固。钎焊多层均布钻头在工作中能够实现金刚石的自锐．具备连续加工能力。     

加快金刚石钎焊工艺及其制品的发展与产业化

文章指出发展金刚石钎焊工艺的重要性,介绍了该钎焊工艺在我国的研究与发展,提出进一步发展金刚石钎焊工艺必须解决的关键技术问题,包括生产高质量的热稳定性好的金刚石、钎焊合金、专用焊接设备,发展金刚石规则有序排列钎焊工艺与多层金刚石钎焊制品等。在产品方面,要逐步取代电镀制品,发展金刚石钎焊绳锯与线锯,将钎焊工艺用于机械加工工具、矿山、煤田、油田钻具的焊接,以及用于切割铸铁、半导体工业的晶圆加工工具。     

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。     

新型金刚石磨边轮的性能研究

采用Cu-Sn-Ti合金钎料对金刚石磨粒进行真空预钎焊处理,使用预钎焊金刚石磨粒并采用新型生产工艺制作了新型金刚石磨边轮,并进行常规金刚石磨边轮和新型金刚石磨边轮的对比加工性能试验。通过扫描电镜分析了预钎焊磨粒的界面微观组织结构,通过三点抗弯强度测试分析了节块的抗弯强度。结果表明:预钎焊金刚石磨粒表面生成了碳化物,预钎焊金刚石形成了金刚石→碳化物→钎料金属的组织结构;当金刚石浓度为10%~50%时,预钎焊金刚石节块的抗弯强度均高于常规金刚石节块;新型金刚石磨边轮的加工性能明显优于常规金刚石磨边轮。     

专利信息

申请号：200910181816．8 名称：用于切割硅品圆的金刚石砂轮及其制备方法 摘要：本发明公开了一种用于切割硅品圆的金刚石砂轮及其制备方法，所述方法包括以下步骤：（1）铝合金基体预处理：（2）电铸液的配置：按照硫酸镍、硫酸钴、去离子水、金刚石磨料、悬浮剂的重量比为38～43：15～20：43～57：50～180：4～8配置电铸液；充分搅拌均匀，获得电铸液；（3）将步骤（1）所得铝合金基体进行绝缘处理，放入上述电铸液中，在超声场中进行电铸，电铸液中的金刚石磨料和金属在基体上均匀共析，     

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。     

粘结剂(或钎料)中活性元素的选择

具强烈形成碳化物倾向性的金属在熔化时能使金刚石润湿,因而可采用含有活性元素(强碳化物形成元素)的合金或单活性元素金属作为金刚石工具的粘结剂(或钎料)。文中重点探讨了在“常规”制造条件下能对金刚石实现良好包镶的“活性元素”选择。     

镀敷金刚石在金属结合剂中发挥作用的机理探讨(下)

文章分别对烧结后镀敷金刚石表面状态及元素分布、镀敷金刚石与胎体接壤部位的元素分布和显微硬度值进行了观察与检测,以及对试样的抗弯强度和实际工具的切割性能进行了测试。数据分析的结果表明,镀层中的Ti很容易扩散到金刚石周围约一个粒径范围内的胎体中,提高了该局部胎体区域的机械性能,达到了改善工具的实际切割性能的效果。     

钎焊金刚石取孔钻的制备及其钻削性能研究

由于金刚石与钎料合金之间高的结合强度以及高的金刚石出刃,钎焊金刚石工具比电镀和烧结金刚石工具拥有更优异的加工性能。使用钎焊法分别制备了单层和多层金刚石取孔钻,通过对硅酸盐玻璃的钻孔实验,对比了单层金刚石取孔钻和多层金刚石取孔钻的使用寿命及加工效率。结果表明：钎焊多层金刚石取孔钻的寿命是单层取孔钻的3倍,但其加工效率比单层取孔钻略低。通过扫描电镜（SEM）对两种取孔钻失效后的表面微观形貌进行观察,发现金刚石与钎料之间具有很高的结合强度,钎焊多层金刚石取孔钻在加工过程中能够实现金刚石的连续出刃。     

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。     

金刚石工具胎体合金特性的探讨

简介了金刚石工具胎体合金的发展等状况;对胎体合金的作用及影响其＂把持力＂与＂耐磨性＂两个关键性能的因素作了分析。在此基础上归纳出胎体合金的特性,并介绍了如何取此特性,用以指导选用与研制胎体合金时作为参考。     

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。