组分对金刚石工具铁基结合剂力学性能的影响_肖长江王海阔栗正新尚秋元朱玲艳
金刚石表面处理对铜基结合剂金刚石节块性能的影响
8ft Vol.53No.l1Nov.2020金刚石表面处理对铜基结合剂金刚石节块性能的影响朱振东，肖长江，栗正新(河南工业大学材料科学与工程学院，河南郑州450001)［摘要］为了验证金刚石表面处理对金属结合剂与金刚石间的把持力的影响，将人造金刚石、表面镀Ni金刚石和用MnC>2刻蚀的金刚石加入到铜基结合剂中，用热压烧结法得到铜基结合剂金刚石节块，测试了节块的密度、硬度和抗弯强度，用扫描电镜(SEM)对节块断口的微观形貌进行了观测。
结果表明：与表面未处理金刚石相比，表面处理对节块的硬度影响不大，但能使节块的抗弯强度提高。
SEM分析表明：镀覆金刚石表面镀层能使金刚石与铜基结合剂的结合更紧密，而表面刻蚀的金刚石和结合剂之间能形成锚定结合，提高两者间的结合力。
［关键词］金刚石；铜基结合剂；襟镀层；Mr!。
？刻蚀；力学性能；微观结构［中图分类号］TG732；TQ153［文献标识码］A［文章编号］1001-1560(2020)11-0084-04Effect of Diamond Surface Treatment on Properties of Cu-Matrix Bonded Diamond BitsZHU Zhen-dong,XIAO Chang-jiang,LI Zheng-xin(School of Materials Science and Engineering,Henan University of Technology,Zhengzhou450001,China)Abstract:In order to verify the influence of diamond surface treatment on the holding force between the metallic bond and diamonds,the diamonds with different surface treatment(raw diamond,Ni-coated and MnO2-etched)were added to the Cu-matrix bond,and the Cu-matrix bonded diamond bits were obtained by a hot-pressing sintering method.Moreover,the density,hardness and flexural strength of the bits were measured,and the fracture morphology of the bits was observed by scanning electron microscope(SEM).Results showed that compared with the raw diamond,the surface treatment of the diamond had a small effect on the hardness,while the flexural strength of the bits could be improved to a certain extent.The SEM image analysis indicated that the coating on the surface of diamond could make the stronger bond between diamond and Cu-matrix,and the aiming combination between etched diamond and Cu-matrix was formed,which could effectively improve the bonding force.Key words:diamond；Cu-matrix binder；Ni-coating；MnO2etching；mechanical properties；microstructure0前言金刚石具有硬度高、强度大、耐磨损、抗腐蚀、绝缘性好和传热系数高等优点，使其在超硬材料、磨料磨具等诸多领域具有广阔的应用价值⑴。
钒对金刚石工具新型铜基结合剂组织和性能的影响
钒对金刚石工具新型铜基结合剂组织和性能的影响
吴颖;朱曾涛
【期刊名称】《云南民族大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2016(025)004
【摘要】通过抗弯强度测试、显微硬度和扫描电镜研究新型铜基结合剂CSF中添加V元素后组织和性能的影响.结果表明:强碳化物形成元素V可与金刚石发生界面反应,富集于金刚石表面,当V质量分数低于4％时,可通过固溶强化显著提升胎体的硬度以及胎体对金刚石的把持力,且把持力随着V的增加而增加;当V质量分数超过4％时,胎体组织不均匀,性能降低,对金刚石的把持力下降.
【总页数】3页(P322-324)
【作者】吴颖;朱曾涛
【作者单位】四川文理学院物理与机电工程学院,四川达州635000;达州市经济和信息化委员会,四川达州635000
【正文语种】中文
【中图分类】TQ164;TG74
【相关文献】
1.稀土Ce对新型铜基结合剂金刚石节块性能的影响 [J], 吴颖
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4.新型铜基结合剂金刚石锯片组织和性能的研究 [J], 吴颖;蒲飞;张小安;杨峰
5.镀附钛,钼,钨金刚石与铜基合金结合剂工具的结构性能研究 [J], 王艳辉;院兴国
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《金刚石与磨料磨具工程》2021年总目次
2021年12月 第6期第41卷 总第246期金刚石与磨料磨具工程D i a m o n d &A b r a s i v e s E n g i n e e r i n g D e c .2021N o .6 V o l .41 S e r i a l 246‘金刚石与磨料磨具工程“2021年总目次2021年第1期(总第241期)M P C V D 金刚石的制备与应用研究进展马志斌(1) 基于孕镶金刚石颗粒的硬质合金基底的预固晶预处理新方法简小刚,马千里,唐金垚,等(5) 沉积气压对金刚石膜微米纳米结构转变的影响范冰庆,王传新,徐远钊,等(12) 钨表面激光处理对金刚石膜附着力的影响黄逸豪,马志斌(17) 用于六面顶压机的2种叶蜡石成分及传压性能对比江明全,王义鹏,杨功章,等(21) 新型组装方式烧结纯P c B N 材料邓福铭,王 浩,宋美娇,等(27) N i –C r 合金钎焊镀W 金刚石的微观结构分析苏仕超,肖 冰,王树义,等(32) S L S 和F D M S 制造超薄金刚石锯片对比研究张绍和,苏 舟,刘磊磊,等(38) C V D 金刚石刀具微铣削A A 356铝合金的磨损分析张亚博,白清顺,何 欣,等(44)单颗磨粒划擦S i C f /S i C 陶瓷基复合材料的试验研究周雯雯,王建青,赵 晶,等(51)超声振动螺线磨削砂轮表面的功率谱密度分析王秋燕,梁志强,白硕玮,等(58)18C r N i M o 7–6钢高速外圆磨削残余应力和硬度的试验分析张银霞,原少帅,王子乐,等(65) 基于动态惯性权重粒子群算法的磨削低能耗加工方法张 昆,田业冰,丛建臣,等(71) 基于机器视觉的滚抛磨块缺陷检测方法贾 坡,田建艳,杨英波,等(76) 1,2,4三氮唑和苯并三氮唑对316L 不锈钢化学机械抛光的影响王 浩,陈国美,倪自丰,等(83) 磨粒半径对金刚石研磨加工影响机制的仿真研究张桐齐,岳晓斌,雷大江,等(89) 基于热性能分析的P D C 切削齿选型试验研究王传留(95) 中国超硬材料行业2019年运行情况孙兆达,李志宏,赵兴昊,等(101)2021年第2期(总第242期)超硬磨具发展情况栗正新(1) 微波诱发热爆法制备钛铝碳结合剂金刚石复合材料代 振,张旺玺,梁宝岩,等(4) 热力耦合下轴向旋转热管砂轮的强度分析姜华飞,陈佳佳,傅玉灿,等(9) 单层C B N 砂轮感应钎焊温度的优选方法研究李奇林,丁 凯,雷卫宁,等(17) 金刚石工具用适配型C u S n Z n N i 预合金粉末的研制于 奇,马 佳,龙伟民,等(23) 静态高压国内外最新进展王义鹏,寇自力,江明全(28) 金刚石合成过程中放炮现象的分析及预警刘乾坤,何文江,杜欢龙,等(35) 低功率M P C V D 制备金刚石薄膜朱海丰,王艳坤,丁文明,等(39) 高导热金刚石/铝复合材料的真空热压制备徐 洋,沈维霞,范静哲,等(46) 金刚石–W C –C o 复合材料的高温高压合成杨亚楠,王海阔,侯志强,等(53) 金属/金刚石复合磨料在树脂磨具中的应用刘恒源,徐三魁,韩志静,等(59) 电镀金刚石线锯表面磨粒分布密度的多相机视觉检测赵玉康,毕文波,葛培琪(64)P C B N 刀具高速切削淬硬钢材料的研究叶智彪,江文清,罗 涛(69)金刚石与磨料磨具工程总第246期胎体组分对热压孕镶金刚石钻头胎体腐蚀磨损性能的影响刘志江,姚远基,王文正,等(75) 钇铝石榴石晶体化学机械抛光液成分优化研究张自力,金洙吉,慕 卿,等(82) 基于响应曲面法的304不锈钢化学机械抛光工艺参数优化刘海旭,武庆东,曹潇俊,等(89) 铸件浇冒口砂轮自适应切割王维信,孟广耀,王 哲,等(96)2021年第3期(总第243期)砂轮修整技术的发展崔仲鸣(1) 基于磨削法的金刚石磨料工具精密修磨技术崔仲鸣,冯常财,庄召鹏,等(5) 金刚石砂轮的E C D 修锐和整形研磨及其对硬脆材料的加工康喜军,田牧纯一,久保明彦,等(12) 六方氮化硼直接转化合成多晶立方氮化硼的研究王永凯,位 星,王大鹏,等(19) 聚晶金刚石的研究进展与展望邹 芹,向刚强,王 瑶,等(23) 绕丝结构砂轮磨削沟槽结构化表面唐成志,吕玉山,李兴山,等(33) 3D 打印金刚石工具的研究进展张云鹤,黄景銮,宋运运,等(40) 陶瓷结合剂研磨盘制备及研磨蓝宝石性能研究路家斌,聂小威,阎秋生,等(48) 单晶硅裂纹萌生的刻划深度研究陈自彬,葛梦然,毕文波,等(55) 金刚石线锯切割碳化硅陶瓷的机理与工艺研究陈勇彪,张松辉,张晓红,等(60) 增强纤维对超薄超硬树脂砂轮切割偏摆问题的影响杜晓旭,李大水,李彩虹,等(68) 基于金刚石固结磨具的圆柱滚子高效研磨工艺研究雷 阳,杨晓光,冯凯萍,等(74) 5G 覆铜板叠层复合材料高效切磨工艺试验研究高 航,杨 勇,许启灏,等(82) 静电雾化微量润滑粒径分布特性与磨削表面质量评价贾东洲,张乃庆,刘 波,等(89)2021年第4期(总第244期)再制造加工技术的研究进展刘文浩,陈 燕,周 睿,等(1) 航空发动机叶片再制造技术的应用及其发展趋势李文辉,温学杰,李秀红,等(8) 面向再制造的高能束射流清洗技术综述李 博,郑文光,黄 军,等(19) 垂直排列石墨烯纳米金刚石复合材料的制备及其导热性能研究杨晨光,成晓哲,穆云超,等(25) 石墨烯/纳米金刚石复合电极性能研究张金辉,李 敬,郁建元(31) 六面顶压机合成过程中线性卸压机构的设计与应用王本亮,熊莎莎,冯晓鹏,等(36) F e 基胎体中添加Z n 粉后的金刚石磨边轮组织及性能孙为云,孙长红,康 杰,等(45) 结合剂强度和不同镀层对金刚石工具出刃高度的影响朱振东,张作栋,栗晓龙,等(53) 磨粒有序排布曲面砂轮设计及磨削性能实验研究李瑞昊,石广慧,黄 辉(58) 钎焊C B N 砂轮与陶瓷C B N 砂轮磨削粉末冶金高温合金的加工性能对比研究张 曦,李本凯,丁文锋(64) 刚玉砂轮缓进深切磨削K 444镍基高温合金研究刘 爽,李 敏,丁文锋,等(72) 氮化硅陶瓷轴承外圈磨削的双目标工艺优化谢天舒(82) 基于不同纳米划痕顺序的6H –S i C 单晶片材料去除机理研究郜 伟,张银霞,黄鹏举(92) 不锈钢打磨砂带用酚醛树脂关键参数测试与分析邢 波,赵金坠,宋运运,等(98)29第6期‘金刚石与磨料磨具工程“2021年总目次2021年第5期(总第245期)特种加工技术在再制造领域中的应用与发展牛梓源,陈 燕,张泽群,等(1) 钎涂金刚石在盾构刀具再制造中的应用吴奇隆,张 雷,孙华为,等(9) 纳米金刚石粒径对N i –P 化学复合镀层耐磨性和耐腐蚀性的影响向春彦,张凤林,王 健,等(14) F e -B -C 体系金刚石单晶的高温高压制备与表征徐 洋,张壮飞,黄国峰(21) N 掺杂石墨化纳米金刚石超级电容器电极材料性能张金辉,李 敬,郁建元,等(26) 铜化学机械抛光的弱缓蚀剂研究徐 浩,宋恩敏,卞 达,等(32) 铝粉改性低温陶瓷结合剂的性能研究王延铭,侯永改,夏学锋,等(40) G H 4169超声辅助磨削表面完整性研究韩 璐,康仁科,张 园,等(46) C F R P 砂轮与钢基体砂轮高速磨削过程中的动力学特性杨淮文,冯 伟,朱建辉,等(52) 微粉金刚石钎焊砂轮磨削氧化铝陶瓷的磨削力和表面粗糙度特征李全城,沈剑云,黄国钦(59) 砂带磨削接触压强模型分析与实验王亚杰,黄 云(65) 金刚石涂层刀具加工石墨的切削性能陈守峰,王成勇,郑李娟,等(70) 镍–硼/金刚石超薄切割片的制备与性能张 兰,宋文韬,李 纳,等(77) 金刚石薄圆锯片基体的磨削工艺参数优化邱陆一,王秋燕,白硕玮,等(84) 基于剪切增稠液的高速钢铣刀刃口修整王明海,张静波,龙志凯,等(89) 基于机器人平台的固结磨料工具抛光叶片路径规划刘纪东,徐成宇,朱永伟(95)2021年第6期(总第246期)金刚石表面石墨烯的制备及应用研究进展余 威,栗正新(1) 机匣零件气道面及支板面的机器人磨抛加工曾庆双,郭皓邦,李鼎威(7) 基于环境模型优化的机器人磨抛阻抗控制王竞航,彭云峰(12) 钛合金材料页轮磨抛材料去除深度模型胡智杰,曹诗宇,黄文健,等(18) 孔隙密度对化学气相沉积泡沫金刚石导热性能的影响李崧博,于杨磊,焦增凯,等(24)M P C V D 法制备金刚石膜的工艺李思佳,冯曙光,郭胜惠,等(31) 保温时间对P r 6O 11刻蚀金刚石单晶的影响朱振东,马金明,陈冰威,等(38) 采用旋转电极的金刚石表面镀镍方法及工艺张 杨,崔仲鸣,冯常财,等(44) T i H 2对C u 60Z n 40合金结合剂结构和性能的影响韩 平,刘恒源,徐三魁,等(51) 基于灰色关联理论的R B –S i C 陶瓷电火花机械复合磨削工艺参数优化黄书强,魏宗泽,饶小双,等(56) 基于逐步回归分析法的表面粗糙度预测张家有,宋万万,白玉珍,等(63) 径向振动匹配层换能器的设计参数及模态优化郭帅宏,李 军,王欢涛(68) 电镀金刚石线锯使用性能的试验研究张晨政,葛培琪,陈自彬,等(74) 磨料质量分数对磨硅片用金刚石砂轮磨削性能的影响骆苗地,赵金伟,丁玉龙,等(80) 不同斧型钻齿切削刃角下的破岩方式李尚劼,赵 星,黄继庆,等(85)39。
金刚石工具的性能、应用研究与进展
刀头上垒剐石颗粒有序排列等距成行分布，显著 砸长ｒ盘刚石钳片的使用寿命，提高了锯切教率。
Ｓ
制造过程较为简单；资金投人量少；金刚石的出刃
度高。根据测定．电镀金刚石磨具的金刚石出刃
Ｐ叶ｕｎ等人的试验研究Ⅲ，用有序排州金刚
石颗粒锯片对花岗石进行切边修整．与金刚石颗
３．５２
纯金刚石 高ＰＣＤ于２—３倍 约７００℃ 差
３．５１
含钻等粘结剂成分 与金刚石颗粒有关 约５００ 较好
４．１ ｏＣ
差
１０００—２２００ ３．４
略差
７５０～１５００ ５．５
较好
５６０ ６．９
应用场合
精驾淼黔鼍㈣’粗躲黜。
和金刚石厚膜涂层（ＴＤＦ）工具两种。
２．３．１
ＳＤ工具是金刚石工具中最耐磨的材料。它 本身质地细密，经过精细研磨，切削刃的刃口圆弧 半径可小到０．０１～０．００２
Ｓｔｕｄｙ
ｏｎ
ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｏｆ
ｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＪｏｔＬｒｌｌａｌ
ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
ｃａｒｂｏｎ／ｐｈｅｎｏｌｉｃ ａｂｌａｔｉｖｅ ｔｏｍ－ Ｔｅｃｈｎｏｌｏ－
ｇＹ，１９９９，８８（１—３）：４３—５０．
［９］柴津薇，王光祖．ＰＤＣ的制备技术及其参数对产品
特性的影响［Ｊ］．超硬材料工程，２００７，１９（６）：３７—
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｖｉｄｅｓ
ａ
ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ａｐｐｆｉｃａｆｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｄｉａ－
ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉａｍｏｎｄ ｔｏｏｌｓ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ
普通磨料对铁基金属结合剂性能的影响
22普通磨料对铁基金属结合剂性能的影响王俊珂1 高秋菊2 1.郑州锅炉股份有限公司；2.白鸽磨料磨具有限公司【摘 要】通过真空烧结法制备含普通磨料（刚玉、碳化硅）的铁基金属结合剂试验条，研究普通磨料对样条的硬度、抗弯强度、抗冲击强度和磨耗比的影响规律。
结果表明：添加普通磨料后磨具样品的抗弯强度和抗冲击强度下降，硬度升高；分别由不添加普通磨料时的6.57 g/cm 3、HRB85.5、253MPa、113J/mm 2依次下降到添加普通磨料体积分数为40%时的5.31g/cm 3、HRB44.5、103MPa、99.5J/mm 2，分别下降了19.2%、48.0%、59.3%、11.9%。
且在相同的磨削条件下添加普通磨料能有效降低磨具的韧性，提高金属结合剂在磨具中的使用。
【关键词】铁基金属结合剂；普通磨料；机械性能；磨削性能一、实验1.主要原料：本实验以铁基结合剂为研究对象，添加不同粒度，不同质量分数的普通磨料，采用热压成型工艺进行烧结。
实验所用的主要原料及规格如表1所示。
表1 主要原料及规格原料密度ρg/cm3纯度（%）粒度尺寸d/μｍ生产厂家棕刚玉 3.9--郑州宏基研磨科技有限公司碳化硅 3.2--连云港黄河磨料有限公司Fe粉7.879875有研粉末新材料（北京）有限公司Cu-Sn 合金粉8.679875有研粉末新材料（北京）有限公司W粉19.39770有研粉末新材料（北京）有限公司（1）结合剂原料：Fe粉、Cu-Sn合金粉、W粉，配方中各体积分数分别为48%、45.5%、6.5%；（2）普通磨料：刚玉及金刚石分别加入的体积分数分别为30%、35%、40% 。
2.实验过程及方法。
实验工艺过程如图1所示。
图1 试验过程在铁基金属结合剂配方和普通磨料种类不变的前提下，分别在3组混合粉料中加入体积分数为30%、35%、40% 的棕刚玉和3组混合粉料中加入体积分数为 30%、35%、40% 的碳化硅，测试制备试样的抗弯强度、冲击强度、硬度、以及观察试样磨削后的形貌。
石墨烯对铁基金属结合剂金刚石磨具性能的影响
Sn content ( mass fraction) / %
A2
0. 2
90. 8
9. 0
A4
0. 6
A1
A3
A5
A6
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大理石切割方面具有优异性能。 何娟等 [11] 将 Sn 粉加入 Fe-Cu 合金样块,发现合金样块硬度提高,冲击韧性
和抗弯强度先增加后减小。 高雅 [12] 将 Sn 粉加入金刚石磨具胎体,探究了不同比例的 Sn 粉对 Fe 基金刚石
磨具胎体组织及性能的影响。
然而,在金属结合剂金刚石磨具的磨削过程中,金刚石与结合剂之间不能同步磨损,由于金属结合剂胎
了约 21% 。
关键词:石墨烯; 铁基金属结合剂; 金刚石磨具; 抗弯强度; 热膨胀系数; 磨耗比
中图分类号:TQ330. 4 + 1
文献标志码:A
文章编号:1001-1625(2023)03-1048-06
Effect of Graphene on Performance of Fe-Based Metal
改善作用。 石墨烯对合金磨削性能影响的研究主要集中于 TiAl、Ti 基合金等自润滑材料,而石墨烯对铁
基金属结合剂的影响,尤其是对铁基金属结合剂金刚石磨具微观结构及使用性能的影响鲜有报道。
本文采用超声 / 湿混法将石墨烯与 Fe-Co-Cu-Sn 合金粉混合均匀,使用热压烧结方法制备样块,研究不
不同Zn—Sn含量的铁基结合剂的耐磨性研究
不同Zn—Sn含量的铁基结合剂的耐磨性研究作者：肖长江朱玲艳张恒涛栗正新来源：《佛山陶瓷》2014年第03期摘要：本文在铁基结合剂中加入Zn和Sn含量分别为0%、2.5%、5%、7.5%、10%和10%、7.5%、5%、2.5%、0%；采用热压烧结制备出不同Zn和Sn含量的铁基结合剂样品，并对铁基结合剂样品的密度、硬度和耐磨性进行了测试。
实验数据表明：铁基结合剂中加入Sn 含量在2.5%左右，Zn含量在7.5%左右时，铁基结合剂的硬度最高，耐磨性最好。
关键词：铁基结合剂；Zn-Sn；热压烧结；耐磨性1 前言金属结合剂金刚石工具是目前应用最广泛的一种金刚石磨具，金属结合剂工具采用青铜、铁、钴、镍合金为主要结合材料，磨料把持强度相对较高，耐温导热性能好，耐用[1，2]。
在金属结合剂中，铁基结合剂因具有生产工艺简单、价格低廉；与金刚石具有较好的润湿性和较大的附着功；有较好的可成形性和可烧结性；有较适宜的力学性能等优点而被广泛应用。
但由于Fe粉很容易氧化，降低了粉末表面活性，从而影响烧结过程的进行，使实际烧结过程难以达到理想的烧结程度。
此外，Fe粉在高温下会对金刚石产生较严重的化学侵蚀作用，严重影响结合剂对金刚石的有效把持，导致Fe基金刚石圆锯片在锯切过程中金刚石容易脱落，锯片寿命短，从而阻碍了Fe基金刚石圆锯片的广泛使用，所以在铁基结合剂中还常常掺入加Sn、Zn、Co 和WC等成分来改善铁基结合剂的性能。
本文在铁基结合剂中加入Zn和Sn含量分别为0%、2.5%、5%、7.5%、10%和10%、7.5%、5%、2.5%、0%，采用热压烧结制备出不同Zn和Sn含量的铁基结合剂样品，并对铁基结合剂样品的密度、硬度和耐磨性进行了测试。
2 实验内容本文采用的原材料为300目的Fe粉，还原Ni粉以及WC粉，200目的Cu粉、Sn粉和Zn 粉，其具体的配方如表1 所示。
在配方中，Fe 、Ni、Cu粉和WC粉含量保持不变，改变Zn 和Sn的含量，但它们总的含量保持为10%，共5个配方。
铸铁粉末对铁基结合剂金刚石工具性能的影响
铸铁粉末对铁基结合剂金刚石工具性能的影响
左宏森;任瑛;翟焕焕
【期刊名称】《超硬材料工程》
【年(卷),期】2018(30)5
【摘要】利用热压法,通过改变铸铁粉末含量及不同的热压参数,分析了铸铁粉末的存在对金刚石工具力学性能的影响,并对铸铁成分对金刚石表面的侵蚀进行了观察.实验发现:在实验工艺条件下,铸铁粉末含量提高时,对结合剂的硬度影响较小,而抗折强度会下降.但通过提高温度可以明显提高结合剂的强度.经对金刚石节块试验和金刚石表面观察,铸铁粉末的加入可以降低铁对金刚石表面的侵蚀,提高结合剂对金刚石的结合力.
【总页数】4页(P31-34)
【作者】左宏森;任瑛;翟焕焕
【作者单位】河南工业大学材料科学与工程学院,郑州 450001;河南工业大学材料科学与工程学院,郑州 450001;河南工业大学材料科学与工程学院,郑州 450001【正文语种】中文
【中图分类】TQ164
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1.稀土对铁基结合剂金刚石节块性能的影响 [J], 邓相荣;肖长江;栗正新
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德威;郭增印
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5.烧结工艺对铁基结合剂金刚石节块力学性能的影响 [J], 肖长江;赵延军;尚秋元因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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第33卷第7期硅酸盐通报Vol．33No．72014年7月BULLETIN OF THE CHINESE CEＲAMIC SOCIETYJuly ，2014组分对金刚石工具铁基结合剂力学性能的影响肖长江，王海阔，栗正新，尚秋元，朱玲艳（河南工业大学材料科学与工程学院，郑州450007）摘要：本文利用正交试验法研究了金刚石工具铁基结合剂中Cu 、Ni 、Sn-Zn 、WC 各成分对其力学性能的影响，同时分析了球磨混料时间和烧结温度对铁基结合剂力学性能的影响规律。
结果表明：混料时间为30h 、烧结温度为760ħ时，铁基结合剂的抗弯强度最大，其值为457MPa ；铁基结合剂中Cu 、Ni 、Sn-Zn 、WC 各成分对其力学性能的影响程度不一，其中Cu 对铁基结合剂的抗弯强度和硬度影响最大，Ni 对铁基结合剂的冲击韧性的影响最大。
关键词：铁基结合剂；正交实验；组分；力学性能中图分类号：TB331文献标识码：A文章编号：1001-1625（2014）07-1823-04Effect of Components on Mechanical Properties ofFe-matrix Bonding Diamond ToolXIAO Chang-jiang ，WANG Hai-kuo ，LI Zheng-xin ，SHANG Qiu-yuan ，ZHU Ling-yan（Department of Material Science and Engineering ，Henan University of Technology ，ZhenZhou 450007，China ）基金项目：河南省教育厅基金资助项目（2011A430008）作者简介：肖长江（1969-），男，博士，副教授．主要从事超硬材料，功能材料的制备和性能研究．Abstract ：Effect of the components of Cu ，Ni ，Sn-Zn ，WC on the mechanical properties of Fe-matrix bonding diamond tool were investigated by orthogonal experiment．Moreover ，Influence of mixing time and sintering temperature on the mechanical properties of Fe-matrix bonding were also analyzed．The results showed that ：the mixing time is 30h and the sintering temperature is 760ħ，the Fe-matrix bonding has maximum flexural strength value and the value reached 457MPa ；The impacts of each component of Cu ，Ni ，Sn-Zn and WC on the mechanical properties of Fe-matrix bonding are not the same．Among them ，the component Cu has the greatest impact on flexural strength and hardness ，and the maximum influence on impact toughness is Ni．Key words ：Fe-matrix bonding ；orthogonal experiment ；components ；mechanical properties1引言由于国内装修行业的高速发展，对切割工具的需要日益增加。
而金刚石具有高硬度、高抗压强度、高耐磨性以及优异的导热性和电绝缘性，已广泛应用于切割工具、磨具领域（如金刚石锯片、金刚石砂轮、金刚石磨头等）［1］。
金属结合剂金刚石工具由于优良的性能而得到了广泛的应用。
根据金刚石工具结合剂中主要成分的不同，一般可将胎体划分为Co 基、Cu 基、Fe 基、WC 基等几大类［2-4］。
在金属基结合剂中，Co 基结合剂与金刚石结合最好，性能最高，但Co 太贵，不适合在工业中使用。
铁基结合剂与钴基结合剂相比，它的许多性能与Co 基类似，价格低廉，虽然硬度较低但是耐磨性好，应用范围较广；铁基结合剂的缺点是铁粉很容易氧化，而且在高温下，铁粉会对金刚石产生较严重的化学侵蚀，由于这两方面的原因影响结合剂本身的力学性能及其对金刚石的有效把持，导致锯切过程中结合剂耐磨性差，金刚石容易脱落，使锯片寿命缩短。
所1824试验与技术硅酸盐通报第33卷以为了弥补铁基结合剂的缺点，人们通过添加不同的合金组元来改善结合剂的性能，进而提高金刚石砂轮的磨削性能，增加其使用寿命［5，6］。
在铁基结合剂中，主要加入的元素有Cu、Ni、Sn、Zn、WC等。
左宏森等［7］研究了在铁基结合剂和铜基结合剂中加入硬质材料WC和SiC等，实验结果表明，WC等硬质材料的加入对金属结合剂的强度和硬度有提高。
加入Cu、Sn、Zn等主要是促进烧结［8］。
利用正交试验法，不仅可以找到各个元素对铁基结合剂力学性能的影响，从而为进一步的配方优化提供方向，而且可以显著减少实验量［9-11］。
本文利用正交试验法对Cu、Ni、Sn、Zn、WC的加入量对铁基结合剂的力学性能的影响进行研究，找出各个元素对抗弯强度、硬度和冲击韧性的影响程度，为铁基结合剂金刚石节块的配方提供数据依据。
2实验2．1混料时间和烧结温度的确定在实现正交实验之前，我们先选用一个基础配方来研究混料时间和烧结温度对铁基结合剂抗弯强度的影响。
在本实验中，所用的铁基结合剂的化学组成为Fe、Cu、Ni、Sn、Zn、WC，粒度均为200目，纯度为分析纯。
各种组分所占的比例（质量百分比）如表1所示。
表1铁基结合剂基础配方Tab．1Chemical composition of Fe-matrix bondingFe Ni Cu Sn-Zn WC451025155将称好的混合粉末放入混料罐中，加入钢球，抽真空5min，用行星式四头混料机混料，以无水乙醇作为介质，转速为175r/min，混料时间分别为20、30和40h。
球磨混料后的混合料置于真空干燥箱中干燥，过筛后装入高纯石墨模具中进行热压烧结，烧结设备为ＲYZ2000Z真空烧结压机，保压压力为3MPa，保温时间为3min，烧结温度为730、760和790ħ。
2．2正交实验设计铁基结合剂的化学组成为Fe、Cu、Ni、Sn、Zn、WC，研究的四个因素分别为Cu、Ni、Sn-Zn、WC添加量，每个因素有三个水平，选用L9（34）正交试验表共需9次热压烧结试验。
具体的正交实验如表2所示。
混料时间和烧结温度根据上面的结果来决定。
试样烧结好之后进行打磨和抛光以便进行力学性能测试，每次测试取5个试样的平均值。
抗弯强度试样的规格为32mmˑ4．5mmˑ3mm，用于冲击韧性测试的试样规格为55mmˑ10mmˑ10mm。
用于冲击韧性测试的纯结合剂试样为无缺口试样，摆捶冲击的方向和纯结合剂试样热压烧结时的压制方向垂直。
采用极差分析法对实验结果进行分析，综合评价各因素、水平对抗弯强度、硬度和冲击韧性的影响。
表2铁基结合剂正交试验安排表Tab．2The orthogonal experiment table of Fe-matrix bondingNo．Factors and levelsCu Ni Sn-Zn WC FeExperimental resultsFlexural strength/MPa Hardness HＲB Impact toughness/J·cm－2120712358589106．53．53 2201015550501106．72．96 32013187424841073．17 425715746495105．22．18 5251018344449105．23．26 6251312545466904．35 730718540418102．52．15 830101274143775．74．72 930131533936575．74．45第7期肖长江等：组分对金刚石工具铁基结合剂力学性能的影响18253结果与讨论3．1混料时间和烧结温度对铁基结合剂抗弯强度的影响混料时间和烧结温度对铁基结合剂试样的抗弯强度的影响规律如图1所示。
从图1中可以看出，当混料时间为30h 时，节块的抗弯强度比20h 和40h 的要高。
混料时间为30h ，烧结温度为760ħ时，节块的抗弯强度最高，其值达到了457MPa 。
因此，在正交实验中，我们选定混料时间为30h 、烧结温度为760ħ。
一般情况下，混料时间越长，混料效果越好，但由于粉末在粒度、密度等方面存在差别，混料过程由粉末混合和偏聚组成，当粉末混合和偏聚达到“平衡”后，继续延长时间，混合粉末的均匀度并不会继续提高［12］。
图1不同混料时间铁基结合剂力学性能随烧结温度变化曲线Fig．1The relationship betweenmechanics performance and sintering temperature for Fe-matrix bonding under different mixed time3．2正交实验的力学性能结果和极差分析由正交实验得到的试样的抗弯强度、硬度和冲击韧性如表2所示。
根据正交实验的数据来具体分析各个成分对抗弯强度、硬度和冲击韧性的影响程度。
表3表示了节块抗弯强度的极差分析结果。
S1、S2、S3和ΔS 分别表示Cu 、Ni 、Sn-Zn 、WC 四个因子在相同水平时抗弯强度的平均值和极差。
从表3中可以看出，各因素对节块抗弯强度的影响主次顺序依次为Cu 、Ni 、Sn-Zn 、WC 。
各因素最佳搭配为Cu 20Ni 7（Sn-Zn ）12WC 7。
表4表示了节块硬度的极差分析结果。
H1、H2、H3和ΔH 分别表示Cu 、Ni 、Sn-Zn 、WC 四个因子在相同水平时硬度的平均值和极差。
从表4中可以看出，各因素对节块硬度的影响主次顺序依次为Cu 、Ni 、Sn-Zn 、WC 。
各因素最佳搭配为Cu 20Ni 7（Sn-Zn ）18WC 5。
表3抗弯强度分析Tab．3The flexural strength analysisAnalysis resultCuNi Sn-Zn WC S1524．7500．7497．3467．7S2470462．3453．7461．7S3406．7438．3450．3472ΔS11862．34710．3表4硬度分析Tab．4The hardness analysisAnalysis resultCuNi Sn-Zn WC H1106．7104．790．795．8H2100．195．995．999．7H384．690．9104．996．0ΔH22．113．814．23．9表5表示了节块冲击韧性的极差分析结果。