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金屬結合劑的金剛石工具
2022-09-23 周萌
自20世紀50年代金剛石工具問世至今近70年，金屬結合劑金剛石工具從銅基、鈷基再到鐵基，已發展3代；人造金剛石顆粒也從低品級到高品級，從裸顆粒到涂層顆粒；強化組元從金屬單質發展到碳化鎢、碳化硅再到稀土氧化物等，工具的切削性能不斷提升。但目前的研究多基于“炒菜式”的工藝和配比優化，停留在單一組元的考察或單一工藝參數的優化上，缺乏對復合材料基礎科學問題的研究，對復合材料的成分設計-組織結構-材料性能-使用要求之間未真正建立適用的定性或定量關系，特別是復合材料微觀組織特點與使用性能之間的研究少有涉及，其相關研究鮮有報道。
隨著(zhu)工(gong)(gong)業技術(shu)的飛速發展，越來越多(duo)的難加工(gong)(gong)材料被(bei)廣泛使(shi)(shi)(shi)用，使(shi)(shi)(shi)市場對金(jin)剛石(shi)(shi)(shi)工(gong)(gong)具的使(shi)(shi)(shi)用性(xing)能、工(gong)(gong)作壽命(ming)提出(chu)了更(geng)高的要求。金(jin)剛石(shi)(shi)(shi)工(gong)(gong)具的設(she)計不僅要根(gen)據(ju)被(bei)加工(gong)(gong)工(gong)(gong)件(jian)的材料性(xing)能及(ji)加工(gong)(gong)要求等(deng)的不同，考慮金(jin)剛石(shi)(shi)(shi)的晶型、粒(li)度(du)(du)和(he)濃(nong)度(du)(du)以及(ji)結(jie)合劑的強度(du)(du)、硬度(du)(du)和(he)耐(nai)磨性(xing)等(deng)，選擇合適的金(jin)剛石(shi)(shi)(shi)磨粒(li)和(he)金(jin)屬結(jie)合劑，更(geng)重要的是改善金(jin)剛石(shi)(shi)(shi)與結(jie)合劑之間(jian)的結(jie)合狀態，增強兩者間(jian)的把持力(li)，使(shi)(shi)(shi)兩者間(jian)的磨損實現相(xiang)互(hu)匹配，從而提高工(gong)(gong)具的切削效率(lv)，降低生產和(he)使(shi)(shi)(shi)用成(cheng)本(ben)，延長其使(shi)(shi)(shi)用壽命(ming)
金(jin)(jin)屬結(jie)(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)工(gong)具(ju)(ju)(ju)因(yin)具(ju)(ju)(ju)有結(jie)(jie)(jie)合(he)(he)強度(du)(du)高(gao)(gao)、成(cheng)型性好、使用(yong)壽(shou)命(ming)長，能滿足高(gao)(gao)速(su)磨削(xue)和(he)(he)超(chao)精密磨削(xue)技術的(de)要(yao)求等特征，已成(cheng)為(wei)各種(zhong)高(gao)(gao)密度(du)(du)、高(gao)(gao)硬度(du)(du)和(he)(he)硬脆材(cai)料(liao)的(de)重要(yao)加(jia)工(gong)工(gong)具(ju)(ju)(ju)。相比于(yu)樹(shu)脂和(he)(he)陶瓷結(jie)(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)，金(jin)(jin)屬結(jie)(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)的(de)結(jie)(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)強度(du)(du)較高(gao)(gao)，適合(he)(he)用(yong)做鋸切、鉆探、磨削(xue)類工(gong)具(ju)(ju)(ju)。隨著建材(cai)行(xing)業的(de)蓬勃發展(zhan)，各類金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)磨具(ju)(ju)(ju)消耗量成(cheng)倍增長，目(mu)前用(yong)于(yu)瓷質磚拋(pao)光和(he)(he)磨邊加(jia)工(gong)的(de)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)磨具(ju)(ju)(ju)成(cheng)為(wei)產值(zhi)僅次于(yu)鋸片的(de)第二大金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)工(gong)具(ju)(ju)(ju)品種(zhong)。
柳文(wen)陽等(deng)分(fen)別采用金(jin)(jin)屬結(jie)合(he)劑(ji)金(jin)(jin)剛石砂(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)和樹脂結(jie)合(he)劑(ji)金(jin)(jin)剛石砂(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)加工 WC-10%Co硬質合(he)金(jin)(jin)數控刀片，相比之(zhi)下，金(jin)(jin)屬結(jie)合(he)劑(ji)金(jin)(jin)剛石砂(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)磨(mo)削(xue)的(de)(de)工件可(ke)達到同等(deng)水平的(de)(de)尺寸(cun)一致性、具(ju)有更(geng)好(hao)(hao)的(de)(de)表面質量和更(geng)高的(de)(de)磨(mo)削(xue)比（2.7倍），且(qie)更(geng)具(ju)經濟(ji)性。蔣志金(jin)(jin)[43]通(tong)過研究發現(xian)：青銅基強(qiang)力砂(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)適用于(yu)整體硬質合(he)金(jin)(jin)刀具(ju)的(de)(de)精(jing)密磨(mo)削(xue)，在結(jie)合(he)劑(ji)中添加Si及C,可(ke)以(yi)改善砂(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)的(de)(de)自銳性；規則(ze)晶形(xing)的(de)(de)金(jin)(jin)剛石磨(mo)粒制(zhi)成的(de)(de)砂(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)磨(mo)削(xue)力較大且(qie)砂(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)有較好(hao)(hao)的(de)(de)形(xing)狀保持性，而不規則(ze)晶形(xing)磨(mo)粒制(zhi)成的(de)(de)砂(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)加工后刀具(ju)表面細膩且(qie)能獲得較好(hao)(hao)的(de)(de)刃口質量及表面粗(cu)糙度。
傳統的金(jin)屬(shu)(shu)(shu)結(jie)(jie)合(he)劑金(jin)剛(gang)石(shi)磨(mo)(mo)具多(duo)采用粉末冶金(jin)法制備得到，結(jie)(jie)合(he)劑組織致密，孔隙率(lv)較低，磨(mo)(mo)具在(zai)(zai)工作(zuo)過(guo)程中自銳性較差，磨(mo)(mo)屑易堵塞氣孔或黏(nian)附在(zai)(zai)金(jin)剛(gang)石(shi)和基體(ti)表(biao)面(mian)，導致磨(mo)(mo)削(xue)力增加，磨(mo)(mo)削(xue)溫度升高，最后燒傷工件，且對磨(mo)(mo)具進行修整修銳比較困難，在(zai)(zai)一定程度上限制了(le)其應用。為改(gai)善磨(mo)(mo)具的自銳性，常(chang)在(zai)(zai)金(jin)屬(shu)(shu)(shu)結(jie)(jie)合(he)劑中添加陶(tao)瓷(ci)、造孔劑等對金(jin)屬(shu)(shu)(shu)結(jie)(jie)合(he)劑進行改(gai)性，分別形成金(jin)屬(shu)(shu)(shu)陶(tao)瓷(ci)復合(he)結(jie)(jie)合(he)劑及多(duo)孔金(jin)屬(shu)(shu)(shu)結(jie)(jie)合(he)劑，以改(gai)善金(jin)屬(shu)(shu)(shu)結(jie)(jie)合(he)劑金(jin)剛(gang)石(shi)磨(mo)(mo)具的脆(cui)性、強度、孔隙率(lv)等，進而(er)提(ti)高其使用性能。
