金刚石工具中金刚石与金属结合剂之间的界面

２２

在钢基体和金刚石表面，并把金刚石包埋住，因此Ｎｉ镀层与金刚石之间只是简单的机械镶嵌，有的金刚石与Ｎｉ镀层之间还会出现间隙（如图２所示）。因此，电镀金刚石与结合剂之间界面结合力很弱。当然也可以通过其它方法来改善电镀金刚石与Ｎｉ镀层的结合，比如采用激光表面处理，使局部镀层熔融也可以与金刚石形成一定的冶金结合¨９１。

图２电镀金属与金刚石的结合状态娅Ｍ照片

３．２钎焊单层金刚石工具的界面

钎焊单层金刚石工具是在高温下将钎料合金熔化，利用毛细作用将金刚石与钢基体之间的缝隙填充，并在金刚石根部堆积至一定的高度，其出刃高度很高，可以达到金刚石磨粒直径的７０％以上（如图３所示）。钎焊金刚石常用的钎料主要包括Ａｇ－Ｃｕ、ｃｕ—ｓｎ和Ｎｉ—ｃｒ基合金，以下分别介绍这三种钎料合金钎焊金刚石时其界面处的微观结构。钎一基体ｒＶ

（１）Ａｇ－Ｃｕ合金

国内外对钎焊金刚石用的Ａｇ．ｃｕ合金的研究较少，目前哈尔滨理工大学的研究者做了一定的研究。李丹和关砚聪等发现合金中添加Ｔｉ、Ｃｒ、ｗ等碳化物形成元素可以明显增加对金刚石的润湿性∞，２１ｏ；孙凤莲等对合金及金刚石的界面进行了研究，发现Ａｇ．ｃｕ—Ｔｉ钎焊金刚石的过程中ｃｕ和Ｔｉ都会向金刚石表面偏聚，Ｔｉ在金刚石表面形成一定厚度的ＴｉＣ层，受不同晶面的影响，ＴｉＣ在金刚石表面的生长具有一定的方向性，在某一晶面生长完成后再向其它晶面延伸［２２，引。但对于Ａｇ－ｃｕ．Ｔｉ合金与金刚石反应形成的ＴｉＣ的微观形态和结构还缺乏相应的研究。

工具技术

（２）Ｃｕ—Ｓｎ合金

Ｃｕ—Ｓｎ合金中也需要加入Ｔｉ、Ｃｒ、ｚｒ等碳化物形成元素，研究者对Ｔｉ与金刚石的反应形成Ｔｉｃ的机理和微观结构研究较多。比如台湾的ｗ．ｃ．Ｌｉ在研究Ｃｕ—Ｓｎ．Ｔｉ合金钎焊金刚石时发现在金刚石的表面可以异质外延生长一层晶粒尺寸为４０～６０啪的Ｔｉｃｌ２４ｌ，而Ｔｉｃ层中的ｃ含量也随着距离金刚石．Ｔｉｃ界面越远而减少；界面上Ｔｉｃ的晶格常数随着金刚石的晶向而不同，比如，在（１００）晶面上生长的ＴｉＣ在平行于［１００］方向的晶格常数就大于垂直［１００］方向的晶格常数。ｓ．Ｆ．Ｈｕ锄ｇ等也在另一个实验中观察到短时激光钎焊和５分钟真空高温钎焊后在金刚石表面分别形成的非连续和连续ＴｉＣ层：连续ＴｉＣ层厚度约３００ｆｌＨｌ，非连续ＴｉＣ层是由孤立的１００啦左右的Ｔｉｃ晶粒组成［矧，在５分钟真空高温钎焊过程中，Ｔｉ、Ｓｎ都会向金刚石一Ｔｉｃ界面偏聚，形成Ｔｉ或者ｓｎ的金属间化合物。Ｆ．Ａ．Ｋｈａｌｉｄ等使用扫描透射电镜（姗Ｍ）、透射电镜（，ＩＥＭ）等分析手段观察ｃｕ．Ｓｎ—Ｔｉ合金钎焊金刚石界面后认为：Ｔｉ与金刚石反应形成的２００—ｕｎ左右的ＴｉＣ层应该包括两层结构：一层为靠近金刚石的呈立方形的不连续的Ｔｉｃ晶粒，另一层为以立方形晶粒为基底生长的柱状晶ＴｉＣ，其中第二层结构的ｃ含量要小于第一层结构。图４为两层结构的示意图。

图４ｏｕ．ｓｎ＿１＇ｉ合金与金刚石形成的界面哪ｃ的

两层结构示意图

（３）Ｎｉ．Ｃｒ合金

目前国内对Ｎｉ—Ｃｒ合金钎焊金刚石的研究较多，但对于Ｎｉ—Ｃｒ合金与金刚石在界面处作用机理和界面微观结构的研究并不多。南京航空航天大学的研究者认为Ｎｉ—ｃｒ合金与金刚石会形成一个Ｃｒ的碳化物层，其主要组成以ｃｒ３Ｃ２及ｃｒ７Ｃ３为主［２７，圳。而ｓ．Ｆ．ＨｕａＩｌｇ等发现Ｎｉ—ｃｒ与金刚石之间在钎焊后不仅仅是形成一层碳化物，还在金刚石与碳化物之间存在一层４肿左右的石墨化层［蚓，其基本结构

如图５所示。而且该作者还认为Ｎｉ．ｃｒ合金并不象

２００７年第４ｌ卷№７

Ｃｕ．Ｓｎ。Ｔｉ合金那样与金刚石形成一层连续的ＴｉＣ膜，而是形成了不连续的碳化物膜，而这层不连续的碳化物膜不能起到阻止钎焊合金对金刚石的继续反应及石墨化的作用。

图５Ｎｉ．Ｃｒ合金钎焊金刚石界面碳化物层的结构示意图【２５］

图６Ｎ＇－Ｃｒ合金钎焊金刚石界面微观结构的辄Ｍ照片本课题组也在进行钎焊时Ｎｉ—ｃｒ合金与金刚石在界面处微观结构的研究，从目前的研究结果来看，在金刚石与Ｎｉ．Ｃｒ合金之间确实存在两层结构，如图６所示的Ａ、Ｂ两层。经过能谱分析发现在Ａ层的成分与ｃｒ３Ｃ２很相近，而Ｂ层中除了含有３．５ｍ．％的ｃｒ以外，其它均为ｃ。这与ｓ．Ｆ．Ｈｕａｌｌ譬得出的结论有一定差别，即靠近金刚石的一层微观结构并不完全是石墨，而是含有一定量的ｃｒ，而ｃｒ的来源及其与金刚石的相互作用机理还需要迸一步的研究。

４结语

金属基金刚石工具中的结合剂与金刚石的界面结合状态、微观结构特征对金刚石的粘结强度、出刃性能和寿命等都有重要的影响，因此对结合剂与金刚石的界面研究显得非常重要。目前对结合剂中的碳化物形成元素、稀土等与金刚石在界面处的相互作用机理的研究还不够，尤其缺乏深入的微观结构分析。因此还需要利用各种先进的分析手段，比如透射电镜、拉曼光谱、ｘ射线衍射、俄歇能谱等对其界面的微观结构、微区成分、相结构等进行分析和测试研究，从而为改进结合剂成分、制备方法，提高金刚石工具最终的加工使用性能和寿命提供有力的科学依据。

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