金刚石工具用胎体粉末的研究(PPT-34)
共沉淀-热分解法制备金刚石工具用预合金粉
法可 以制备 出 良 的预合金 化粉末 ， 好 粉末呈棒状和不规则形状 ， 粉末粒度较细 ， 布 比较均匀 、 中 ； 分 集 粉末收得
率随着共沉淀 反应 ｐ 值的增大而提高 ， ｐ Ｈ 在 Ｈ值约 等于 ９ ８时达最大值 ； ． 随着共沉淀反 应温度 的升高 ， 粉末
粒度逐 渐增大 ； 随着前驱体热分解反应温度 的升高 ， 粉末粒度逐渐增大 。
金刚石工具中用常见的粉料及特点
金刚石工具中用常见的粉料及特点金刚石工具的原材料，除金刚石之外，其它主要为粉末，这些粉末可以是金属、非金属，也可以是合金、化合物。
金刚石工具采用的粉末，不仅仅对化学成分有一定的要求，而且对粉末颗粒的大小、形状、松装比重、压制性、烧结性等也有不同的要求,这取决于金刚石工具的用途、品种、生产工艺等因素。
1常见的金属粉料及特点（A）铜粉：电解法制取，颗粒形态为树枝状，玫瑰红色，氧化后颜色发暗，严重时变成黑色粉末。
作为结合剂材料，铜粉的主要优点有：电解铜粉成型性好，广泛用于冷压成型后烧结；纯铜对碳化物和骨架材料的相容性很好，如W、WC；铜可与Sn、Zn、Mn、Ni、Ti等制成性能优异的合金，价格远低于钴粉。
（B）铁粉：有还原铁粉、电解铁粉和羰基铁粉，顾名思义还原铁粉用还原法制取，电解铁粉电解法制取，羰基铁粉通过热离解羰基化合物制取。
作为结合剂材料，铁粉的优点有：价格低，与金刚石有好的润湿性；与骨架材料（WC）的相容性很好；一定温度烧结时铁对金刚石的轻度刻蚀并不损失金刚石的强度，反而会提高金刚石在胎体中的把持力。
刻蚀作用实质是金刚石中的碳原子溶入铁中并向其中扩散的过程，金刚石未发生结构及强度变化。
（C）钴粉：不规则海绵状，还原法制取，作为粘结剂，其综合性能最好。
是一种优异的粘结剂材料，国外发达国家用的较多，其主要优点有：优良的成型性和可烧结性；可使胎体的抗弯强度提高；和金刚石的粘结力大，润湿性好；胎体的韧性好、自锐性好。
由于价格昂贵，国内以铁代钴的研究很多，选择合适的粉末、合理的烧结工艺可获得钴基粘结剂相似的性能。
钴的缺点是：价格昂贵；松装密度太小，易造成投料困难。
另外使压制磨具设计宽度和高度变大，手装料热压模具高度加大，从而使模具成本提高。
（D）镍粉：不规则树枝状，电解法制取。
优点：适于制作重载荷下作用的工具，具有出色的强韧性；可以减少铁铜基胎体的烧结损失（铜镍无限互溶）；镍与铁、钴搭配可以得到另人满意的综合性能，如小的变形和适度耐磨性。
胎体中含有铜锰阻尼合金成分的金刚石钻头研制及钻进试验
胎体中含有铜锰阻尼合金成分的金刚石钻头研制及钻进试验刘宝昌;韩哲;李思奇;赵新哲;李闯;曹鑫【摘要】孕镶金刚石钻头在钻进过程中,经常会遇到有害的振动问题,这种振动极大地影响钻进的稳定性.阻尼合金能耗散振动能,可达到减振的目的.本实验用铜锰粉末代替63 #配方中的663青铜粉,来制作金刚石钻头的胎体试样.对胎体试样进行力学性能测试及断口形貌分析,结果表明:相较于63 #配方试样,质量分数40％铜锰粉末的胎体试样组织均匀,结构致密,硬度提升14.7％;孕镶金刚石钻头磨耗比提高13.2％,抗弯强度降低22.4％.钻进试验结果表明:在钻进均质花岗岩岩样时,质量分数40％的铜锰配方钻头与63 #配方孕镶金刚石钻头钻进性能相近,钻进振动加速度幅度减小约4.3％,钻头阻尼性能提高,钻进过程更加平稳.【期刊名称】《金刚石与磨料磨具工程》【年(卷),期】2018(038)004【总页数】6页(P30-35)【关键词】孕镶金刚石钻头;胎体材料;阻尼合金;力学性能【作者】刘宝昌;韩哲;李思奇;赵新哲;李闯;曹鑫【作者单位】吉林大学建设工程学院,长春130026;超硬材料国家重点实验室,长春130012;国土资源部复杂条件钻采技术重点实验室,长春130026;吉林大学建设工程学院,长春130026;国土资源部复杂条件钻采技术重点实验室,长春130026;吉林大学建设工程学院,长春130026;国土资源部复杂条件钻采技术重点实验室,长春130026;吉林大学建设工程学院,长春130026;国土资源部复杂条件钻采技术重点实验室,长春130026;吉林大学建设工程学院,长春130026;国土资源部复杂条件钻采技术重点实验室,长春130026;吉林大学建设工程学院,长春130026;国土资源部复杂条件钻采技术重点实验室,长春130026【正文语种】中文【中图分类】TG74;TQ164孕镶金刚石钻头是地质勘探钻进最常用的钻探工具[1]。
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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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。
金刚石工具
金刚石工具的发展方向
• 高性能、高精度、高效率的金刚石工具 • 绿色环保、可持续生产的金刚石工具 • 智能化、自动化的金刚石工具
金刚石工具的市场竞争格局与影响因素
金刚石工具的市场竞争格局
• 金刚石工具市场竞争激烈，国内外企业纷纷进入市场 • 金刚石工具市场呈现出品牌化、高端化的发展趋势
金刚石工具市场的影响因素
金刚石工具的涂层技术
• 涂层是在金刚石工具表面涂覆一层高性能材料，提高工具的性能 • 涂层技术可制得具有较好耐磨性、抗腐蚀性和加工性能的金刚石工具
金刚石工具的焊接与钎焊技术
金刚石工具的焊接技术
• 焊接是将金刚石工具与其他材料连接在一起，提高工具 的强度和耐用性 • 焊接技术可制得具有较高强度和耐磨性的金刚石工具
金刚石工具的热稳定性
• 金刚石在高温下不易发生氧化和烧结，能保持较好的热稳定性 • 金刚石工具在高温环境下加工时，使用寿命较长
03
金刚石工具的应用领域与案例分析
金刚石工具在石材加工中的应用
金刚石工具在石材加工中的应用
• 金刚石工具可用于大理石、花岗岩等硬质材料的切割、磨光 • 金刚石工具能提高石材加工的效率和质量，降低生产成本
• 金刚石硬度仅次于自然界最硬的物质——钻石 • 金刚石工具的硬度可高达HRA90以上，远高于其他磨料
金刚石工具的耐磨性
• 金刚石具有极高的耐磨性，能长时间保持锋利 • 金刚石工具在高速切削和加工过程中，磨损量较小，使 用寿命较长
金刚石工具的高速切削与加工能力
金刚石工具的高速切削能力
• 金刚石工具在高速切削过程中，能保持较高的精度和表 面光洁度 • 金刚石工具适用于高速切削和高效加工各种材料
• 金刚石颗粒：作为磨料，用于去除材料表面的多余物质 • 基体：作为载体，将金刚石颗粒固定在一起，保证工具的形状和强度 • 辅助材料：如粘结剂、电镀层等，用于改善金刚石工具的性能和寿命
2第二章 金刚石工具制造的
从制得的粉末特性来看，电解法有提纯的过 程。同时所制得的粉末较纯；同时，电解法制取 的粉末一般为树枝状，压制性较好；电解法制取 的粉末粒度也易于控制。
一、还原法
是用还原剂还原金属氧化物及盐类来生 产金属粉末的一种方法。还原剂及被还原物 可呈固态、气态及液态。
MeO+X=Me+XO
凡是对氧的亲和力比被还原的金属对氧的 亲合力大的物质，都能作该金属氧化物的还原 剂。
许多金属的氧化物可以在一定温度下被碳
还原，用固体碳还原铁的氧化物是还原法生
产金属粉末的一个典型例子。
在钴基胎体材料中添加碳化物形成元素的研究较少，表４ -1给出了铬对钴基胎体材料性能及含金刚石胎体材料性能的影 响。加入1wt％Cr胎体材料的抗弯强度明显提高,超过1wt%Cr 抗弯强度略有下降，但仍比不加铬高，为了研究铬对胎体材料 和金刚石之间粘结性能的影响，制备了金刚石浓度为35％的 试样(每cm3胎体含金刚石4.4克拉时的浓度定义为100％)。试 验结果表明，含金刚石胎体材料的抗弯强度(用σdia表示)随铬 含量增加而提高，近似呈线性关系。
(5)钛和铬。钛和铬作为碳化物形成元素在胎体中的作用较为复杂, 所作的研究工作也比较多,本节重点介绍在Co-Cu系胎体中钛和铬 的作用。主要是通过提高粘结能力提高胎体的强度和抗弯强度
一、铬对胎体材料性能的影响
铬是一种强碳化物形成元素。在铜基合金中添加少量铬可 以降低铜基合金对金刚石的浸润角，并提高铜基合金对金刚 石的粘结强度。
在一定条件下氢可以还原铜、铁、镍、钴、
金刚石工具胎体预合金粉末制取与应用_张绍和
D r. Fritsch 在 D iabase - V18 (主要成分 Fe、Cu) 预 合金粉末基础上研究开发了 D iabase - V21 (主要成分 Fe、Cu、Co、Sn) ,它具有更高的延展性 ,且冲击强度提 高了近一倍 。D iabase - V21 主要用作切割和钻切花岗 岩及混凝土工具的胎体材料 ,实际使用过程中可单独 使用也可添加一些适于特殊使用要求的元素混合使 用 。D iabase - V21具有良好的激光焊接性 ,激光焊接 金刚石工具中用 V20 - 503做过渡层材料可获得更高 强度的连接 。 2. 4 国外预合金粉末发展趋势
采用预合金粉末作为金刚石工具的胎体 ,与机械混合 单元素金属粉末相比 ,他具有以下几方面的优越性 [4][5] :
(1)提高胎体的机械性能 ; (2)改善胎体合金对金刚石的把持力 ; (3)解决金属粉末的氧化 、脏化问题 ; (4)增强粉末的烧结活性降低烧结节省能源 ; (5)简化生产工艺减少差错 ; (6)防止技术流失遏制机密泄露 ; (7)提高金刚石工具的质量 ,降低成本 。
金刚石工具基础知识PPT课件
2、粉料
金刚石工具的原材料，除金刚石之外，其 它主要为粉末，这些粉末可以是金属、非 金属，也可以是合金、化合物。金刚石工 具采用的粉末，不仅仅对化学成分有一定 的要求，而且对粉末颗粒的大小、形状、 松装比重、压制性、烧结性等也有不同的 要求,这取决于金刚石工具的用途、品种、 生产工艺等因素。
9
常见的金属粉料及特点
（f） 钨粉：青黑色，微米级粉末，还原法制取，钨与铜、 铁、钴、镍都有较好的相容性；烧结时在金刚石表面生成 WC，但金刚石表面不发生石墨化；增加胎体的耐磨性， 减少变形；作为骨架材料，耐磨性不如WC，但可使胎体 的韧性增加。不足是烧结坯的空隙度较大，要提高烧结的 密度必须提高温度和压力
（g）碳化钨: 黑色，无机械夹杂物，多孔海绵状，还原法
金刚石工具基础
1
整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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2Байду номын сангаас
金刚石工具定义： 金刚石工具是指以人造金刚石为切磨 材料，借助于结合剂或其它辅助材料 制成的具有一定形状，用于加工石材、 陶瓷、玻璃、混凝土等非金属硬脆材 料的系列工具。
（d） 镍粉：不规则树枝状，电解法制取。优点：适于制作 重载荷下作用的工具，具有出色的强韧性；可以减少铁铜 基胎体的烧结损失（铜镍无限互溶）；镍与铁、钴搭配可 以得到另人满意的综合性能，如小的变形和适度耐磨性。 接近或达到钴基胎体的性能。
11
（e） 锡粉：颗粒呈滴状，灰白色粉末，易氧化，氧化后呈 黄色，雾化法制取。锡粉在粘结剂中的作用是：改善胎体 的可烧结性（降低熔点）；易形成金属间化合物，可以改 善磨损性能和变形性；适宜添加到压制成型胎体中，烧结 熔化后的毛细现象使胎体收缩，从而增加胎体的致密性； 降低液态合金的表面张力，改善合金对金刚石的润湿性。 其缺点是：加入量太多，易造成流失。
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胎体特性之一 耐磨性
水雾化非晶粉末X射线衍射线谱
原始非 晶粉
800℃烧 结物相
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
胎体特性之二 把持性
首要特性
必要特性
胎体的 耐磨匹配性
金刚石的 胎体与金刚石 合理应用 的界面效应
技术含义
重要课题：如何使金刚石 颗粒使用1/2甚至2/3之后 再脱落，用什么力把持？
机械把持力
冷却收缩包镶 力，与胎体弹 性模量有关
Fe
在较高温度烧 结，会侵蚀金 刚石，使单元 素Fe变为Fe合 金，会改善这 一现象
Co
在烧结温度下， 会生成Co3C 的冶金结合层， 有利于提高把 持力
Co优良性 能
原因之三
Ni 机械包镶
Cu 机械包镶
胎体特性之二 把持性 研究案例
冶金结合力
金刚石镀层是保护金刚石或形成冶金结合的有效手段
金刚石镀钛层的XRD谱线
金刚石工具用胎体粉末的研究
罗锡裕 麻洪秋 丁士安
目前金刚石工具（孕镶式） 加工
硬脆材料
➢切割 ➢➢切钻割进 ➢➢钻磨进抛 ➢磨…抛… ……
PDC、PCD、CVD等产品
加工
石材 建材 混凝土 沥青 陶瓷
……
金属材料
主市场 正在发展
本报告主题
如何开发、评价胎体粉末
（重点合金粉末）
胎体五大特性
耐磨性 把持性 安全性 烧结性 压制性
直接使用特性 生产工艺特性
制备合金胎体粉的两种主要方法
水雾化法
金属或合金原料
熔炼
雾化
脱水，干燥
合批，包装
筛分，检验
化学法-氧化物共沉淀还原法
金属盐溶液
草酸盐混合液
包装
检验
草酸 气流粉碎
共沉淀 合金粉
退火（还原） 过滤，水洗 干燥，脱氧
不同工艺粉末形貌比较
化学法
水雾化法
烧结扩散粉
超细Fe粉
两种方法制作合金粉末特性的对比
Follow100
胎体硬度
Follow100
耐磨性
Follow400
高
Follow400
低
胎体特性之一 耐磨性 研究案例
❖ 耐磨匹配性，是胎体的首要特性。适宜的耐磨匹配性，加工效 率高，使用寿命长
含硬脆相胎体，一般 硬度高，抗弯强度高 但冲击韧性低，适于 “锋利型”
加
加
工 效
往往矛盾
工 寿
率
命
被强化的固溶体，抗 弯强度不很高，但冲 击韧性好，适于“寿 命型”
94～97
0.2865 14.3
106～108 0.2938 14.7
预合金粉末及相应成分单元素粉混合粉的物性和耐磨性
胎体特性之一 耐磨性 研究案例
Follow100 Follow200 Follow400
Follow200
低
Follow200
高
Mix100 Mix200 Mix400
耐磨性提升
44% 52% 21%
空白胶带的XRD谱线
衍射峰 1 2 3
2θ/° 35.88 41.50 43.44
TiC晶面 {110} {200} {111}
制备方法
粉末 特性
平均粒度 （微米）
氧含量％
生产 特性
粉末形状 可调成分范围
生产效率 对环境污染 相对生产成本
水雾化法
Cu基：8~10 Fe基：12~15
Cu基：0.2~0.3 Fe基：0.3~0.35
不规则形状 宽 高
较小 较低
氧化物共沉淀还原法
2~5
0.5~1.0
海绵状 较窄 较低
较大（需治理） 较高
着重效率 锋利型 低熔点相，硬脆相，“掺杂”，残留孔隙……
着重寿命 寿命型
固溶强化，析出相强化，弥散强化……
胎体特性之一 耐磨性
水雾化Follow400粉末X射线衍射线谱
▲ Fe-Ni固溶体 ● Cu-Sn化合物
胎体特性之一 耐磨性
水雾化Follow500粉末X射线衍射线谱
▲ Ni-Cr固溶体 ● Ni-B化合物
❖统计脱落坑
目测或用放大镜，统计一个区域内金刚石脱落数量
胎体特性之二
机械把持力 ❖冷却收缩包镶力
胎体 金刚石
把持性 研究案例
热装工件弹性力学公式
c /(S2 / S1E1 1/ E2 )
c ——胎体冷却收缩对金刚石的把持力(GPa)
——胎体收缩变形率
❖冷却增容相变包镶力
E1 ——金刚石的弹性模量(GPa) Co优良性
冷却相变增容 包镶力，胎体 有相变，且体
积增大
冶金把持力
胎体与金刚石 界面有反应， 能生产冶金结
合力
通过金刚石 镀层，保护 金刚石或与 胎体形成冶 金结合力
胎体特性之二 把持性 评价方法
直接方法
❖粘接拉伸试验
间接方法
❖抗弯试验
★★★ 胎变金 体更刚 致胎石 密体状 化态 烧相 结同
❖测定出刃高度 用偏光或普通显微镜，测定一个区域内金刚石颗粒的出刃高度
胎体特性之一 耐磨性 研究案例
粉末 类别
预合 金化 粉末
粉末名称 理论 密度 g/cm3
Follow100 8.15
烧结 温度 ℃
800
Follow200 8.70 720
烧结密 硬度 度g/cm3 HRB
8.0
106～109
8.6
96～98
平均体 积磨损 量cm3
0.1555
平均体 积磨损 率%
S1 ——金刚石颗粒半径(mm)
能 原因之一
E2 ——胎体的弹性模量（GPa）
S2 ——包镶金刚石的胎体半径(mm)
Fe
Co
Ni
Cu
910℃
445℃
γα f,c,c b,c,c 不增容
βα
f,c,c h,c,p
增容
Co优良性 能
原因之二
无相变
无相变
胎体特性之二 把持性
冶金结合力
研究案例
第四周期的过渡族元素与碳形成碳化物的能力 Ti V Cr Mn Fe Co
胎体特性之一 耐磨性 技术含义
过高
和被加工材料 相匹配的 耐磨性
适宜
胎体很难超前磨损 加工效率低下 甚至不能加工
加工效率高 工具寿命长
过低
胎体过快磨损 金刚石过早脱落
工具寿命下降
胎体特性之一 耐磨性 评价方法
被加工物的多样性 加工方式的差异性 加工参数的可变性
胎体耐磨匹配性，目前还很难 通过力学性能定量评定
磨料 粘着 疲劳 冲蚀 腐蚀 微动
模拟磨损试验 可提供相互比较的参考数据
胎体特性之一 耐磨性 评价方法
自制的磨料磨损装置
1.配重：19.6N 2.试样：尺寸40×10×6 3.转轮：边缘线速度：30m/s 4.泥浆：水和磨料SiO2
SiO2粒度：D50130μm 浓度：0.4kg/L 流量：7.5L/min 5.搅拌叶片 6.泥浆泵 试验时间:8分钟
7.8
0.1396 6.9
Follow400 8.05 740 7.95
108～110 0.2329 11.6
相应 Mix100 8.15 880 7.95 成分 的单 元素 Mix200 8.70 810 8.6 粉末 混合 Mix400 8.05 840 7.95 粉
104～106 0.2794 13.9