乐投英超

乐投英超JINSHUJIEHEJIRENZAOJINGANGSHIMOJUDEYANJIU

发布时间:2016-08-03 15:37:53

摘要:本文介绍各种金属结合剂的性能、主要配方体系和应用范围,概述了金属结合剂金刚石磨具的制备方法:烧结法、电镀法、单层钎焊法。重点综述了国内外改善烧结金属结合剂金刚石磨具中结合剂对金刚石把持力所采取的主要措施和最新研究进展,并对金属结合剂金刚石磨具的发展作了进一步展望。金属结合剂金刚石磨具因具有结合强度高、成型性好、使用寿命长、能够满足高速磨削和超精密磨削技术的要求等显著特性,成为硬脆材料磨削的重要加工工具。怎样根据使用条件,设计适用的金刚石磨具,使其生产成本低并具有较好的使用效果是当前人们研究的热点。而成本高低和使用效果的好坏由金刚石的选择和配置、结合剂的种类及制备方法决定。

1 金刚石的选择和配置金刚石有天然和人造之分。天然金刚石稀缺昂贵,使用范围受到限制,从而促使人造金刚石的发展和广泛应用。采用的工艺和触媒不同,生产的金刚石粒度、晶形、强度不同。这为根据加工条件选择合适的金刚石类型打下了基础。金刚石的选择和配置从品级、粒度、浓度方面考虑。一般高硬度、难加工材料选择高品级的金刚石,低硬度易加工材料选择低品级的金刚石。金刚石的粒度影响磨具的使用效率和寿命:粒度越粗,金刚石出刃越高,工具表面的容屑空间越大,效率越高;同一浓度时,金刚石粒度越粗,颗粒数越少 (比相邻细粒度减少 4060% ),切削时,单个颗粒承受的冲击力和压力会按比例增大,寿命比细粒度金刚石短。金刚石的浓度对使用寿命和经济效益影响较大:金刚石浓度增加,工具耐磨性增加,使用寿命延长,生产成本相应增加;金刚石浓度过高, 结合剂比例减小, 金刚石易形成搭桥现象,容易脱落并影响相邻金刚石的把持力,耐磨性反而下降;金刚石浓度过低,切割刃少,耐磨性随浓度降低而急剧下降。国内外金刚石刀头制造技术的区别主要表现在金刚石的选取上: 国外一般选低浓度 20% 30%)、粗粒度(~20#)、高强度( > 300N),以保证切削效率和质量;国内一般选高浓度(> 35%)、中低强度(80 160N)和宽粒度范围(30 /35 70 /80),以损失部分切削效率和质量来满足对工具寿命的要求。

2 金属结合剂的种类金属结合剂主要有钴基、铜基、铁基、镍基、钨基、铝基等,钴基、铜基、铁基结合剂研究较多,应用较广。比较而言,钴的价格较高使磨具的生产成本高。铁与钴属于同族元素,性质比较相似,价格低廉,目前用铁代钴的研究较多,但含铁量大于 40%时,结合剂对烧结温度很敏感,极易欠烧及过度侵蚀金刚石。铝基结合剂烧结温度低,被认为是很理想的节能粘结剂,国外已有应用,国内研究较少。文献表明,在铝基合金中加入适量的 SiCB4 C 或电炉氧化铝磨料,可在熔点不提高的情况下,使铝基合金的硬度和金刚石工具的耐磨性大大提高。钨基实际是用钨和碳化钨基胎体做地质钻头、磨块、强研磨材料的切割锯片,如水泥路面膨胀缝切割片,使用效果很好。各种结合剂在金刚石磨具中的应用及部分配方体系如表 1所示。

0.jpg

00.jpg

3 金属结合剂金刚石磨具制备方法到目前为止,金属结合剂金刚石磨具有三种制备方法:烧结金属结合剂金刚石磨具、电镀金属结合剂金刚石磨具、单层钎焊金属结合剂金刚石磨具。烧结金属结合剂金刚石磨具使用较普遍,电镀金属结合剂金刚石磨具只能用于磨削负荷较小的场合,单层钎焊金属结合剂金刚石磨具是处于研究中的一种新型磨具。三种制备方法的研究情况分述如表 13. 1     烧结金属结合剂金刚石磨具烧结分为冷压烧结和热压烧结。冷压烧结压力大,烧结时间长;热压烧结热压烧结压力小,烧结时间短。金属结合剂金刚石磨具制备主要采用热压烧结。通过烧结,结合剂与金刚石形成机械钳合、化学键合或二者混合的联结方式。大量研究认为,结合剂与金刚石产生化学键合时,金刚石才能被牢固把持,不易脱落,磨具才具有较高的磨削效率和使用寿命。因金刚石热稳定性差,烧结温度一般控制在 900℃以下。综合文献资料,结合剂对金刚石把持力的改善有五种方法:

一、在结合剂中添加强碳化物形成元素;

二、在金刚石表面镀膜;三、在结合剂中加稀土元;四、金属结合剂预合金化;五、在结合剂中加入低熔点金属。一、在结合剂中添加强碳化物形成元素。TiZr N bMoW 等是强碳化物形成元素,对金刚石有强的亲和力,能够在高温下与之生成稳定的化合物。徐西鹏等的研究表明:强碳化物形成元素的添加与结合剂和金刚石之间结合力的好坏没有因果关系。因为热压烧结时间短,不能够使强碳化物形成元素与金刚石充分结合 ;强碳化物是添加到其它金属粉末中,烧结过程中不可能实现对金刚石的完全包裹,即使发生键合也只在金刚石的局部表面发生。汤东华等的研究也证明,强碳化物形成元素与金刚石只是局部键合。所以,添加强碳化物形成元素改善结合剂对金刚石把持力的效果不明显。

二、金刚石表面镀膜。为使结合剂与金刚石实现牢固结合,国内外对金刚石表面镀膜进行了大量的研究,想通过镀膜的方法使结合剂与金刚石发生化学键合。镀覆金属或合金主要有 WTiC rNb2 TiMoTiN等。理论上,镀层结构为金刚石 →碳化物层 →镀覆金属层。烧结时,镀覆金属层和金属结合剂牢固结合,达到提高结合剂对金刚石把持力的目的。文献表明:热压烧结时,强碳化物形成元素与金刚石只是局部键合;冷压烧结时,烧结时间长,镀膜效果明显。文献研究结果表明, 采用真空微蒸发镀, 镀覆温度较高,镀层与金刚石预先形成化学键,可有效实现金刚石与结合剂之间的化学键合,是一种比较理想的金刚石表面金属化方法,但金刚石失效以破碎为主时,金刚石表面金属化效果微弱。镀膜金刚石与结合剂之间存在着适应性问题,只有合适的镀膜材料与合适的结合剂和热压条件相匹配才能使镀膜金刚石与结合剂的结合强度有较大的提高。

1.jpg

2列出镀膜金刚石与结合剂的结合情况。图 1、图 2 分别为文献中镀 Ti、镀 Mo金刚石与 Co基结合剂结合的断口形貌。镀 Ti金刚石与结合剂只能形成小面积的化学键合,对强度的提高不明显;镀 Mo金刚石的断口中有较多穿晶断裂现象,这种情况在金刚石与结合剂的结合强度较高时才能出现,说明镀 Mo金刚石与结合剂之间结合较好。所以,在制备金刚石磨具时,要根据不同的结合剂选择合适的镀膜金刚石。

2.jpg

3.jpg

三、结合剂中添加稀土元素。添加微量的稀土元素对改善金属结合剂的机械性能及对金刚石的把持力有很大的作用。文献在切割花岗岩和水晶锯片的结合剂中添加稀土 - N i合金粉,发现添加 0. 8 1. 0%抗弯强度可提高 15%,在 Cu 基中加入少量的 LaN i5合金粉也有相似的作用。徐西鹏等在 Fe基中加入稀土硅中间合金粉或混合稀土,使节块金刚石的出刃高度和抗弯强度有较大的提高,做成的锯片在锯切不同石材时的锯切寿命均提高 20%以上。吴贻琨等在Fe基中加入适量的 La Nd,使金刚石节块的抗弯强度和冲击韧性分别提高 19. 7% 23%。可见,结合剂中添加微量的稀土元素是增强结合剂对金刚石把持力的另一种有效措施,但目前关于稀土元素在结合剂中的作用机理研究较少。

四、金属结合剂预合金化。是将金属结合剂中的若干种金属成分按一定比例预先制成合金粉末,使用时以合金粉末形式加入结合剂中。粉末预合金化有三稀土 - N i合金粉时,抗弯强度提高 32%以上,硬度提高 13%以上,孔隙率减少到 0. 52% 。宋月清等在Co基胎体中加入 Cu2 Ce合金粉,在最佳 Ce含量时种方法:湿法冶金法、真空熔炼雾化法和机械合金化。图 3为陈霞研究铁基中加入少量 Co预合金化后与金刚石结合的试样断口,可看到,结合剂对金刚石表面很少侵蚀且金刚石表面有一层致密的胎体材料,胎体与金刚石结合紧密。

4.jpg

朱永伟等研究预合金化对胎体烧结过程的影响表明,预合金化胎体的烧结保温时间有一门槛值。保温时间未达到保温起码值,其综合性能可能还不如混合粉,无法发挥预合金化的优势。五、在金属结合剂中加入熔点较低的金属也是改善对金刚石把持力常用的方法, CuSnZnA l等是常用的低熔点金属。文献研究了加入 ZnSn 等低熔点金属的作用机制,认为 Zn Sn 280 500 ℃开始熔化,充填在其它高熔点金属粉末的孔隙中,将粉末颗粒包裹起来,使高熔点金属粉末在较低温度下就可熔化,大大加快熔化速度,起诱导剂的作用。 4 为文献中金刚石与钴基结合剂的界面状态,说明 Zn可以改善结合剂与金刚石的结合, A l的加入可以使结合剂与金刚石贴切更加紧密。文献认为 ZnSn在结合剂中有一定溶解度,过量的 ZnSn 使合金组织发生偏析,结合剂变脆,烧结时容易溢出液体。用一种预合金粉 HLCu - 14Cu44 75 M n 10 20N i4 10Sn820,其它:3 6)取代 ZnSn 作为粘结剂,可提高胎体抗冲击性能、力学稳定性及对金刚石的把持力。

5.jpg

3. 2  电镀金属结合剂金刚石磨具电镀金刚石磨具通常以镍或镍合金做镀层金属。具有工艺简单,投资少,制造方便,无需修整,使用方便,工作速度高达250 300m / s,寿命长等优点,且对于精度要求较高的滚轮和砂轮,电镀是唯一的制造方法。故电镀砂轮在高速、超高速磨削中占据着无可争议的主导地位。由于电镀金刚石磨具中金刚石只是被机械包埋在镀层金属中,把持力小,金刚石颗粒在负荷较重的高效磨削中易脱落(或镀层成片剥落)而导致整体失效,而采用增加镀层厚度把持力,会使磨粒裸露高度和容屑空间减小,容易发生堵塞,散热效果差,工件表面容易发生烧伤。这些弊端大大限制了其在高效磨削中的应用。3. 3  单层钎焊金属结合剂金刚石磨具国外 90年代初开始研究用钎焊代替电镀开发新一代单层超硬磨料工具,希望借助高温钎焊使钎料在超硬磨料与母材界面上发生溶解、扩散、化合之类的相互作用,从根本上改善磨料、结合剂、基体三者之间的结合强度。近年的研究表明,这种磨具金刚石可凸出 2 /3 而不脱落, 创造了切割锋利、排削好的优越条件;金刚石在工具表面的规则均布,使切削作用充分利用,节省金刚石用量,降低成本 ;在保持相应寿命的条件下,切削效率成倍提高。因此单层金刚石规则均布钎焊工具引起人们的重视。肖冰等用添加有 C r Ag - Cu合金作为钎料,采用高频感应钎焊法,在 780℃的空气中钎焊 35 s,自然冷却,实现了金刚石与钢基体间的牢固连接。该工艺钎焊温度低,对金刚石损伤小,但银基熔点低,耐磨削高温性能差,在高效重负荷磨削中受到限制。武志斌等将金刚石磨粒直接排布在 N i - Cr合金片或粉末上,用陶瓷块压住金刚石磨粒,在 1080℃的真空高频焊机上钎焊 30 s,利用这种工艺可以确保合金层与金刚石及钢基体之间都能获得较高的结合强度,但其钎焊温度高, 易因热损伤而降低金刚石的强度。黄辉等以 N i - C r合金为钎料,用高频感应加热的方法实现了金刚石与钢基体的牢固连接。图 5 为文献中钎焊金刚石工具表面形貌图,钎料对金刚石浸润性好,表面平整,金刚石表面没有石墨化,磨粒排布有序。

6.jpg

目前高温钎焊的应用仅局限于单层砂轮的制造。该类高温钎焊单层金刚石砂轮虽然使用寿命接近目前的多层工具且加工效率极大提高,但由于单层磨料消耗完后没有后继磨料补充,限制了其使用寿命的进一步提高。研究开发将高温钎焊技术作为核心技术手段应用于多层金属结合剂金刚石砂轮的制造并与多孔金属结合剂金刚石砂轮和砂轮地貌优化的设计思想相结合的制造技术,是金属结合剂金刚石砂轮换代产品开发的有效途径。金刚石磨具具有较好的使用性能,但修整修锐的难易是其能否在生产中充分利用的关键。日本 TlTanaka为改善金属结合剂金刚石砂轮修整修锐能力,提出一种创新思路并尝试开发了一种新型砂轮 ———多孔金属结合剂金刚石砂轮。此种砂轮将多孔陶瓷结合剂的孔隙结构引入金属结合剂,磨料易出刃且修整修锐方便,但多孔结构在一定程度上减少了结合剂的量,使结合剂对金刚石的把持力降低,因此仅适用于小负荷精密磨削。新近,穆云超等采用喷射共沉积法制备出以Cu - Sn - N i合金为结合剂,碳为增锐材料的金刚石磨具。采用此种方法金属熔滴冷却速度快,金刚石热损伤小;磨料是强制喷射到金属结合剂的液流中,对结合剂与金刚石的浸润性要求低;磨具磨削性能优于热压烧结,磨削效率和热压烧结相近。但这种方法由于设备及技术、机理不成熟,不能直接加工成复杂形状的磨具、磨料浓度控制不精确、成本较高,需要进一步研究、改进和完善。

4 结语

工业的高速发展,高硬度、高致密度、高耐磨性等难加工材料在生产和生活中的应用越来越广,需不断提高金刚石质量、结合剂性能及制备方法,使金刚石磨具满足市场对其使用性能、使用寿命等方面越来越高的要求。

新疆11选5开奖结果 江苏11选5开奖结果查询 江苏11选5开奖结果查询 辽宁11选5开奖结果 福建11选5开奖结果 福建11选5开奖结果 福建11选5开奖结果 江西11选5开奖结果