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金刚石工具中用常见的粉料及特点

   日期:2019-10-06     浏览:3    评论:0    
核心提示:常见的金刚石工具金属粉有铜粉、铁粉、钴粉、镍粉、锡粉、钨粉和碳化钨,不同的粉末对于胎体耐磨性,把持力均有不同的特性。了解不同粉末特性是制造加工金刚石工具必要的知识。
一,常见的金属粉料及特点

(A) 铜粉:电解法制取,颗粒形态为树枝状,玫瑰红色,氧化后颜色发暗,严重时变成黑色粉末。作为结合剂材料,铜粉的主要优点有:电解铜粉成型性好,广泛用于冷压成型后烧结;纯铜对碳化物和骨架材料的相容性很好,如W、WC;铜可与Sn、Zn、Mn、Ni、Ti等制成性能优异的合金,价格远低于钴粉。
铜粉金刚石工具用

(B)铁粉:有还原铁粉、电解铁粉和羰基铁粉,顾名思义还原铁粉用还原法制取 ,电解铁粉电解法制取,羰基铁粉通过热离解羰基化合物制取。作为结合剂材料,铁粉的优点有:价格低,与金刚石有好的润湿性;与骨架材料(WC)的相容性很好;一定温度烧结时铁对金刚石的轻度刻蚀并不损失金刚石的强度,反而会提高金刚石在胎体中的把持力。刻蚀作用实质是金刚石中的碳原子溶入铁中并向其中扩散的过程,金刚石未发生结构及强度变化。


(C) 钴粉:不规则海绵状,还原法制取,作为粘结剂,其综合性能最好。是一种优异的粘结剂材料,国外发达国家用的较多,其主要优点有:优良的成型性和可烧结性;可使胎体的抗弯强度提高;和金刚石的粘结力大,润湿性好;胎体的韧性好、自锐性好。由于价格昂贵,国内以铁代钴的研究很多,选择合适的粉末、合理的烧结工艺可获得钴基粘结剂相似的性能。
钴粉金刚石工具合成粉末

钴的缺点是:价格昂贵;松装密度太小,易造成投料困难。另外使压制磨具设计宽度和高度变大,手装料热压模具高度加大,从而使模具成本提高。

(D) 镍粉:不规则树枝状,电解法制取。优点:适于制作重载荷下作用的工具,具有出色的强韧性;可以减少铁铜基胎体的烧结损失(铜镍无限互溶);镍与铁、钴搭配可以得到另人满意的综合性能,如小的变形和适度耐磨性。接近或达到钴基胎体的性能。

(E) 锡粉:颗粒呈滴状,灰白色粉末,易氧化,氧化后呈黄色,雾化法制取。锡粉在粘结剂中的作用是:改善胎体的可烧结性(降低熔点);易形成金属间化合物,可以改善磨损性能和变形性;适宜添加到压制成型胎体中,烧结熔化后的毛细现象使胎体收缩,从而增加胎体的致密性;降低液态合金的表面张力,改善合金对金刚石的润湿性。其缺点是:加入量太多,易造成流失。

(F) 钨粉:青黑色,微米级粉末,还原法制取,钨与铜、铁、钴、镍都有较好的相容性;烧结时在金刚石表面生成WC,但金刚石表面不发生石墨化;增加胎体的耐磨性,减少变形;作为骨架材料,耐磨性不如WC,但可使胎体的韧性增加。不足是烧结坯的空隙度较大,要提高烧结的密度必须提高温度和压力

(G)碳化钨: 黑色,无机械夹杂物,多孔海绵状,还原法制取。须化验杂质硫含量,硫易导致烧结断面发黑(烧结时生成硫化物),大大降低刀头的强度。钨和碳化钨主要作为骨架材料加入胎体中,以提高胎体的耐磨性,含量过高易使胎体的脆性加大。
碳化钨颗粒


二:金刚石工具用粉介绍

Fe的价格低廉,且对金刚石有较好的润湿性和把持力,是金刚石工具中应用量最大的基本材料,与其配合应用的其它有色金属粉末的消费量也相当可观。近期有色金属的价格节节攀升,尤其是Cu、Sn、Ni的价格迅猛上涨,导致金刚石制品制作成本大幅度上升,而制品价格却不能与原材料价格同步提高,这就给工具生产商带来了巨大的成本压力,尤其是规模大的生产厂商其生产成本压力更大。因此,寻求有效降低生产成本的技术经济途径,是工具制造商面临的一个重要课题。

众所周知,Co是目前现有的各类金属中综合性能最好的结合剂,但因其价格昂贵,人们在不断探寻低Co或无Co的技术途径,以降低生产成本。目前,除高档工程薄壁钻的Co应用比例较高外,其它各类金刚石工具中Co的应用比例在不断下降,但Cu、Sn、Ni的应用比例依然较高,尤其是Ni的价格涨幅较大,大幅度提高了金刚石工具的生产成本。

因此,如何降低Ni的应用比例,以降低生产成本,也是摆在人们面前的一个现实课题。水雾化法制备的FeNi30合金粉末具有良好的综合性能,价格仅为单质Ni粉的不足一半,可在部分金刚石工具产品中替代一定比例的单质Ni粉,以此降低生产成本。

由于Ni具有良好的综合性能,在花岗岩及水泥锯片中通常加入不同比例的Ni,以改善低熔点料的流动性及均匀性,提高烧结胎体的组织均匀性、致密化程度、烧结硬度、烧结强度、韧性及耐磨性。Ni的线胀系数为13.5×10-6J/℃,比Cu小,较Fe、Co略大,与金刚石差异不很大;1550℃下,液态Ni对金刚石的润湿角为57,不如Fe,但比Co好,在石墨表面的附着功为270.4×10-6J/cm2,比Co高,比Fe低。液态Ni达到一定数量时,可在金刚石或碳纤维表面形成一层极薄的均匀铺展的Ni膜,且附着功较大,这说明其对金刚石表面的粘结力很大。Cu和Ni可无限互溶,Ni可以起固溶强化作用;作为一种有效的表面活性物质,加入少量的Ni能改善Cu对金刚石的润湿性,促进烧结胎体的致密化进程,强化基体对金刚石的机械包镶强度,从而有利于提高工具的锋利度和使用寿命。

 
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