預(yù)合金粉末在金剛石工具燒結(jié)中的釬焊作用

　　

 

　　摘要 通過增加鈷、鎳、鉻、鈦的比例可以提高胎體對金剛石的把持力，從而達(dá)到提高金剛石工具壽命的目的，但是過硬的胎體降低工具的切削效率。為解決壽命和效率的矛盾，采用預(yù)合金粉末替代單質(zhì)金屬粉加入胎體粉中熱壓燒結(jié)，使得胎體粉和金剛石顆粒之間形成釬焊連接。簡述了金剛石工具中人造金剛石的存在狀態(tài)，分析了金剛石從出刃、刻劃、切削、磨損、暴露、破碎到脫落的使用壽命過程，指出工具使用中大量的金剛石并非磨損失效，而是以破碎、脫落形式流失。

 

　　預(yù)合金粉末中含有強(qiáng)碳化物形成元素，預(yù)合金粉與金剛石的親和力強(qiáng)，在燒結(jié)過程中可以實(shí)現(xiàn)胎體與金剛石的釬接，使金剛石的出刃高度大大提高；預(yù)合金粉的熔化溫度區(qū)間與燒結(jié)溫度相匹配，避免了刀頭的毛刺、飛邊，減小裂紋發(fā)生傾向。

 

　　使用預(yù)合金粉末作為金剛石工具胎體的結(jié)合劑，易于調(diào)整胎體性能，使之更適宜于加工對象，同時(shí)由于預(yù)合金是預(yù)先熔煉成合金，然后猜制成粉末的，所以每顆粉末中都包含了組成合金的各種金屬元素，這比機(jī)械混合多種單質(zhì)金屬粉末要均勻、可靠的多。

 

　　預(yù)合金粉末的主要特性有：預(yù)合金粉末熔化區(qū)間窄，在一定燒結(jié)溫度下應(yīng)能剛好濕潤金剛石，而在壓力作用下又能流動；在熱壓過程中，預(yù)合金粉末熔化為液態(tài)與骨架金屬反應(yīng)，有利于增強(qiáng)胎體的力學(xué)性能，又不會形成低熔脆性相；在金剛石工具正常的工作溫度下，預(yù)合金粉末不會重熔或形變，保證了粘結(jié)層能夠承受胎體中硬質(zhì)顆粒（骨架成分和金剛石）傳給它的應(yīng)力而不產(chǎn)生變形或松動；預(yù)合金粉末中不含易揮發(fā)和易氧化單質(zhì)元素，采用預(yù)合金粉末制造的金剛石工具，提高了胎體的致密性和均勻性，從而改善了胎體的磨損狀態(tài)。

 

　　釬焊連接可以提高金剛石燒結(jié)體的使用壽命。預(yù)合金粉末對金剛石的釬焊連接是基于在金剛石上形成碳化物的條件下的，但是碳化物的形成是一個(gè)原子擴(kuò)散遷移的緩慢過程，需要在一定的溫度下保持較長時(shí)間，為了實(shí)現(xiàn)這種擴(kuò)散，金剛石燒結(jié)體必須采用是熱壓燒結(jié)或者冷壓——真空燒結(jié)工藝。

 

　　金剛石工具熱壓時(shí)，需要一定的溫度、壓力和時(shí)間，其目的就是胎體材料中復(fù)雜銅合金中的碳化物形成元素（鉻、釩、鈦等）與金剛石界面形成極薄的碳化物，這樣就產(chǎn)生了金剛石與金屬胎體的擴(kuò)散釬焊結(jié)合。在空氣中鉻、鈦、釩容易氧化失去作用，結(jié)合劑中的鐵、鈷、鎳元素容易引發(fā)金剛石石墨化，所以必須采用真空熱壓或氣保護(hù)熱壓。國內(nèi)外大量研究表明：金剛石形成碳化物的*低溫度是620℃，而人造金剛石在760℃開始（即使在真空條件下），也會出現(xiàn)不同程度的強(qiáng)度下降。所以在滿足釬焊連接條件的前提下，盡量避免金剛石品質(zhì)下降，選取合理的熱壓溫度和時(shí)間是關(guān)鍵技術(shù)。