金属结合剂金刚石工具烧结技术的研究
金属基金刚石工具结合剂中添加合金元素的研究进展
金刚石串珠不同制备方法比较—何亮
金刚石串珠绳串珠不同制备方法简介摘要：在串珠锯切割系统中，作为切割刀具的串珠绳在实际切割中起着主导作用。
从最早出现的、用于试验切割石材、使用孕镶金刚石串珠的串珠绳开始，对串珠绳的改进就从未停止过。
而作为切削石材过程中实际承受切削力的金刚石串珠，人们对它的制备工艺的研究更是从未间断。
目前，金刚石串珠制备工艺主要有，电镀法、浸渍法、烧结法和钎焊法。
每种方法各有其特点和使用的范围，目前广泛应用的串珠制备方法主要是电镀法和烧结法。
本文从基本原理，各自特点，适用范围等方面简要比较了金刚石串珠不同制备方法。
关键字：金刚石串珠；制备方法；电镀；浸渍；烧结；钎焊一、金刚石串珠绳锯的应用和现状金刚石串珠绳锯具有各种不同的应用范围，主要可分成在石材行业（大理石、花岗岩）和建筑工程中的应用。
[1]金刚石串珠绳锯在石材行业的应用主要有石材开采、荒料整形、板材切割和异型制品加工。
金刚石串珠绳锯用于石材开采包括大理石、花岗岩等全部石材的开采。
具有成材率高、加工质量好、不易损坏荒料等优点，且开采过程中少有污染，是目前矿山开采必不可少的工具。
金刚石串珠绳锯具有能加工常规工具难以加工的不规则石料的特点，因此大量应用于石材整形加工中。
该技术与框架锯、金刚石圆锯片相比，具有较高的切割效率和较大的切割面积，而且噪声小。
板材切割是金刚石串珠绳锯的另一应用，单根串珠绳锯最常用于切割很厚的板材或小批量不同厚度的大板材。
多绳串珠锯切割板材具有框架锯无法比拟的优势。
串珠绳锯加工异型石材是目前技术含量最高的数控石材加工技术之一。
[2]金刚石串珠绳锯从其诞生到现在的大规模应用只经历了几十年的时间，但它却以顽强的生命力渗透于各行各业，发挥出其独特的优越性。
虽然国内外有相当数量的学者就其相关技术进行了实验性或工程上的研究，但是规模不大，深度不够，尚未形成系统性。
随着金刚石串珠绳锯技术的应用日益推广，其存在的为题也相继暴露，如断绳频繁、胎体与基体剥离、串珠固定效果差、串珠胎体性能与切割对象不匹配。
金属结合剂CBN磨具的特性
金属结合剂CBN磨具的特性随着高速磨削和超精密磨削技术的迅速发展，对砂轮提出了更高的要求，金属结合剂砂轮因其结合强度高、成型性好、使用寿命长等显著特性而在生产中得到了广泛的应用。
金属结合剂CBN磨具根据原料种类及生产工艺形式的不同又分为烧结型金属结合剂和电镀及钎焊型金属结合剂磨具，主要应用在高速钢刀具、PCD刀具刃口抛光磨削，汽车凸轮轴和曲轴外圆磨削等领域。
烧结型金属结合剂CBN磨具具有强度高、韧性好、导热性好、使用寿命长等优点。
根据结合剂中金属元素及合金成分的不同，又可以分为铜基、钴基、钛基和铁基等类别。
电镀和钎焊型CBN磨具是利用电镀和钎焊工艺，将单层的CBN磨粒通过银、镍或钛等金属黏结剂固结在金属基体上，这样制成的磨具磨粒裸露高度在40%以上，大大增加了容屑空间，能使磨粒在磨削时更锋利。
金属结合剂CBN砂轮与其他类型砂轮相比，具有如下几点优势：（1）单位体积内磨粒的利用率高。
与普通砂轮相比，金属结合剂CBN砂轮在单位砂轮体积中含有较少的磨粒，在相同的总切入力条件下，金属结合剂CBN砂轮的各个工作磨粒上将具有更大的切入压力，且磨料极大部分都按正常的“切削”状态工作，不正常的“摩擦”和“耕梨”状态少，因此形成的切屑较粗大。
（2）与陶瓷结合剂和树脂结合剂砂轮相比，可承受的磨削压力更高。
这是由于金刚石结合剂CBN砂轮的磨粒对工件的总压力使得CBN磨粒与工件保持紧密接触，CBN磨粒和它的结合剂支撑非常强固。
（3）可长时期地保持切削锋利性。
金属结合剂CBN磨具使用的CBN磨料，在品种和性能方面，与陶瓷结合剂与树脂结合剂磨具的CBN磨料有所不同，关于CBN磨料的选择有如下几点要求：（1）CBN磨料的强度，一般要求采用具有中等强度系列的品种。
（2）对于粒度的选择，需根据加工工序和粗糙度的不同要求，依据粗磨-半精磨-精磨的顺序，其粒度一般可在50/60~230/270的范围内选择，这些粒度相对应的加工粗糙度一般可达到Ra1.6 ~0.2。
金刚石磨料 烧结 钎焊 电镀工艺
金刚石磨料烧结钎焊电镀工艺金刚石磨料是一种非常硬的材料，具有优异的磨削性能和高耐磨性。
金刚石磨料广泛应用于机械加工、电子、航空航天等行业，逐渐成为各行各业中不可或缺的材料。
金刚石磨料的生产过程分为烧结、钎焊和电镀三个步骤。
下面我们将详细介绍这三个工艺。
首先是烧结工艺。
烧结是将金刚石颗粒与金属粉末混合后，在高温高压条件下进行热处理，使金刚石颗粒与金属粉末形成牢固的结合。
烧结工艺包括原料的混合、成型和热处理三个步骤。
在原料的混合阶段，金刚石颗粒和金属粉末按一定比例混合，并加入一定的粘结剂，形成均匀的混合物。
混合物经过预压处理后，进入成型阶段。
成型可采用压制法或注射法，将混合物压制成所需形状的坯体。
然后将坯体放入高温高压的烧结炉中进行热处理。
在高温高压条件下，金属粉末熔化，与金刚石颗粒形成结合，最终形成坚固的金刚石材料。
接下来是钎焊工艺。
钎焊是将烧结得到的金刚石工具与金属或合金基体进行连接。
钎焊工艺包括金属基体的清洗、钎焊剂的涂布、加热和冷却四个步骤。
钎焊前，需要对金属基体进行清洗，以去除表面污物和氧化物。
然后在金属基体上涂布钎焊剂，钎焊剂能够降低钎焊温度，并提高钎焊强度。
将烧结得到的金刚石工具放置在金属基体上，然后加热到钎焊温度，使钎焊剂熔化并与金属基体及金刚石工具形成连接。
最后，冷却金刚石工具，使其与金属基体牢固连接在一起。
最后是电镀工艺。
电镀是将金刚石颗粒和金属沉积于基体表面，以提高金刚石工具的耐磨性。
电镀工艺包括基体的准备、电解液的配制、电镀过程和后处理四个步骤。
电镀前，需要对基体进行准备，包括清洗和表面处理，以保证电镀层的质量。
然后准备电解液，通常采用金属盐类和一定添加剂配制而成。
将准备好的基体放入电解槽中，与阳极连接。
将金刚石颗粒加入电解槽，经过一段时间的电镀，金刚石颗粒沉积在基体表面形成金刚石电镀层。
最后，对金刚石电镀层进行后处理，例如抛光和清洗，以提高表面质量。
综上所述，金刚石磨料的生产过程主要包括烧结、钎焊和电镀三个工艺。
金属结合剂金刚石工具胎体耐磨性随烧结温度变化的研究
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彭 凯 ， 育航 ， 洪亮 ， 尹 陶 马邵 伟 ， 龚伟 景
（ 东 奔 朗 新 材 料 股份 有 限 公 司 ． 东 佛 山 ５８ １） 广 广 ２ ３ ３
摘
要 ： 章 重 点 研 究 了一 种 铁 基 金 属 结合 荆金 刚石 工 具 胎 体 耐 磨 性 随 烧 结 温 度 升 高 的 变化 规 律 。 通 过 文
对 胎 体 耐 磨 性 、 度 、 弯 强度 、 冲 击 强度 等 一 系列 物 理 性 能 指 标 的 测 定 ， 及 利 用 该 胎 体 制 成 的 锯 片做 硬 抗 抗 以
对 比 试 切 试 验 结 果 分析 ， 出 以 下 结论 ： １ 铁 基 结合 剂 胎 体 耐 磨 性 随 温 度 的 升 高呈 现 ３个 阶 段 的 规 律 变 得 （） 化 ； ２ 测 定 出 了耐 磨 性 最佳 时烧 结 温 度 范 围。 将 该 项 研 究成 果应 用 于生 产 中可 以 大 幅 度 地 降 低 金 属 结合 （）
第２ ３卷 第 ４期
２１ ０ 工 程
Ｖｏ ． ３ １２ Ａｕ ． ０ １ ｇ ２ １
Ｓ ＵＰＥＲＨＡＲＤ ＡＴＥＲｌ Ｍ ＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
金刚石工具铁基结合剂的应用及展望
；林增栋在青铜基
结合剂中加入 $&, - !&, 的铁合金用于钴头，效果 较好 ) / * 。唐华生等人于 $"." 年公布了铸铁基金刚石 磨轮的研究成果。到 "( 年代中期， 由于金刚石工具 价格下跌了 %(, - +(, ， 因此， 象钴基这种高价值的
作者简介 # 肖俊玲 （ ， 女， 助理研究员。 $"%& ’ ）
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研究与应用现状
近几年来，许多学者围绕着解决高温下铁对金
刚石的热浸蚀、 提高结合剂与金刚石的结合强度， 以 及工具的自锐性等方面进行了大量研究，取得了不 少成果， 并成功地用于生产实践。 现总结归纳为以下 三个方面类型。 !0 $ 铸铁结合剂 目前，市场上用于加工精密陶瓷的金刚石磨轮 主要就是用铸铁结合剂。 其主要成分是： 灰口铸铁切
第 $. 卷第 $ 期 !((! 年 ! 月
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金刚石工具铁基结合剂的应用及展望
肖俊玲， 胡国程， 丘定辉
（ 湖南省冶金材料研究所， 湖南 长沙 摘 1$(($1 ）
对铁基结合剂的类别、 合金化的特点及应 要 # 简要地介绍了金刚石工具铁基结合剂的发展历史，
用现状进行了评述， 并对铁基结合剂的发展作了展望。 关键词 # 金刚石工具； 铁基胎体； 预合金 中图分类号 # <>$1%0 / ? " 文献标识码 # 5 文章编号 # $((/ ’ &&1( （ !((! ） ($ ’ ((!" ’ (/
$
前
言
结合剂工具， 已不再适应市场竞争的需要， 众多科研 院所和金刚石工具生产厂家纷纷开展用铁基和铜基 代替钴基的研究应用， 以降低成本。但是， 应该特别 指出的是， 钴和铁的晶体结构不同， 与其它金属合金 化的能力不同， 合金化后的性能也不同。 尤其是高温 性能， 钴具有良好高温硬性、 热强性、 抗高温氧化腐 蚀力。 因此， 在研究以铁代钴时不能以它们常温下的 性能来判别其工作性能。 大量实践证明， 合金化不当 （ 的铁基结合剂存在着如下几方面的问题： 烧结温 $） （ 度高、 可控工艺范围窄、 对烧结温度的要求严格； !） 铁在热压烧结时很容易浸蚀金刚石，使胎体与金刚 石表面形成一层疏松的石墨层，削弱胎体对金刚石 的结合力，导致金刚石工具的切削效率下降和使用 （ 铁粉活性很大， 特别是细铁粉更容易 寿命降低； /） 氧化，含氧量接近 $, 的铁粉会严重影响烧结质量； （ 简单的以铁代钴胎体的耐磨性较低。因此， 在研 1） 究以铁代钴的胎体时， 必须针对以上问题， 通过合金 化的方法或其它工艺技术方法予以解决，方能收到 好的效果。
金刚石磨具用陶瓷结合剂及成型技术的研究
金刚石磨具用陶瓷结合剂及成型技术的研究金刚石是自然界最硬的材料，同时具有很高的强度和耐磨性，因而被制成磨削工具，用于加工其它难加工的材料，如硬质合金、金刚石复合片、陶瓷材料等。
由于金刚石高温下稳定性差，容易被氧化，使金刚石晶体受到破坏，导致磨具的磨削性能大幅度降低，因此，研制新型金刚石磨具就成为磨削应用领域的一个研究重点。
目前，金刚石磨具常用的结合剂种类有树脂、金属和陶瓷等。
其中，陶瓷结合剂金刚石磨具具有其他种类磨具无可比拟的优点，如加工效率高、形状保持性好、刚性好、加工成本低等，具有非常好的应用前景。
金刚石磨具要求陶瓷结合剂低熔点、高强度和低热膨胀系数等，以满足磨具的低温烧成，节约能源，及在低温烧结下具有一定的强度。
金刚石磨具的成型工艺在超硬材料制品行业中一直是个薄弱环节，不被人们所重视。
冷等静压成型工艺制备的坯体密度高而均匀，可以解决传统成型工艺过程中形成的组织不均匀和裂纹等结构缺陷问题，为进一步加工提供了不可估量的保证作用。
因此，寻求低熔融温度、高强度、低热膨胀系数的陶瓷结合剂和探索冷等静压成型工艺对陶瓷结合剂金刚石磨具性能的影响是本论文研究的目的。
论文以Al2O3-B2O3-SiO2系中加入三元碱为基础陶瓷结合剂（编号1#），在基础陶瓷结合剂中，再添加碱土金属氧化物MgO、ZnO和氟化物CaF2（编号2#），及在2#陶瓷结合剂中，再添加稀土氧化物CeO2（编号3#），研究添加剂对金刚石磨具用陶瓷结合剂性能和结构的影响。
采用上述某种陶瓷结合剂，研究了冷等静压成型工艺、配方和烧结工艺对陶瓷结合剂金刚石磨具性能的影响，综合分析后，优选出性能较好的陶瓷结合剂金刚石磨具配方和烧结工艺，在单向冷压、双向冷压和冷等静压三种不同成型工艺下制备成规格为D45W5砂轮，进行模拟磨削试验，系统地分析了成型工艺因素对砂轮磨削性能的影响。
研究结果表明：（1）增大陶瓷结合剂的碱土金属用量，可以明显提高陶瓷结合剂的力学性能，显著降低陶瓷结合剂的熔融温度，且陶瓷结合剂的热膨胀系数从6.61×10-6/℃降到5.37×10-6/℃。
一种铁基结合剂金刚石工具及其制备方法[发明专利]
![一种铁基结合剂金刚石工具及其制备方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/16beb7ca5901020206409c63.png)
专利名称：一种铁基结合剂金刚石工具及其制备方法专利类型：发明专利
发明人：张凤林,陈家泓,刘伟,尹自强,王素娟
申请号：CN201711000853.5
申请日：20171024
公开号：CN107838416A
公开日：
20180327
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种铁基结合剂金刚石工具及其制备方法。
这种铁基结合剂金刚石工具包括结合剂和磨料；结合剂由70～90质量份FeO‑Al混合粉，5～25质量份Fe‑Si预合金粉，0.5～3质量份TiH粉，0.5～5质量份Fe粉，0.5～1质量份B粉和0.5～3质量份Si粉组成；磨料为金刚石，金刚石磨料占磨削工作层体积的5～25％。
同时也公开了这种铁基结合剂金刚石工具的制备方法。
本发明使用氧化铁与铝，加入其它结合剂，与金刚石磨料制成一种铁基金刚石工具，利用FeO‑Al原位反应的高放热焓为结合剂的烧结提供一定的能量，缩短烧结时间，减少Fe对金刚石的侵蚀作用，同时原位生成强化相，提高结合剂的力学性能。
申请人：广东工业大学
地址：510006 广东省广州市番禺区大学城外环西路100号
国籍：CN
代理机构：广州嘉权专利商标事务所有限公司
代理人：胡辉
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金属结合剂金刚石工具烧结技术的研究
金刚石工具被誉为“工业的牙齿”，以其无与伦比的优异性能和不可替代性成为当今公认的、必不可少的硬脆材料加工用超硬材料工具。
传统电阻式热压法制造金属结合剂金刚石工具生产周期短、工艺调整简单，但存在固有的弊病和缺陷，其中最为根本的问题是：烧结过程能耗高，工具的质量稳定性差，使用性能水平低。
本文在总结热压烧结理论的基础上，选用Co-Cu-Sn粉末作为金刚石工具胎体，围绕金属结合剂金刚石工具烧结技术进行研究。
获得如下结论：（1）论文首先对同一配方采用HP、C-HP和HIP烧结工艺制备金属结合剂金刚石工具，并对工艺参数进行了优化，其最佳烧成温度、保温时间、施压条件分别为：760℃、4min、35MPa，770℃、90min、30MPa，780℃、60min、80MPa。
（2）在优化工艺条件下，制备WD试样、HD试样和试切用锯片。
研究结果表明：HP工艺烧结时间短，但温度场分布不均，烧结试样孔洞较多，易出现金刚石烧蚀现象，杂质氧化物会阻碍金属原子的迁移与扩散，甚至成为裂纹源；C-HP 工艺温度场均匀，还原气氛能有效活化金属原子，促进致密化；HIP工艺能显著降低烧结组织的气孔率，细化晶粒，试样断面出现类似于塑性断裂的浅韧窝特征，胎体对金刚石的包镶状况良好，其试样综合力学性能最佳。
（3）Co-Cu-Sn胎体和金刚石节块的烧结均属于以固相烧结为主的瞬时液相烧结，其致密化过程包括吸附气体的解吸与逸出、金属颗粒表面氧化物的还原、液相的形成与消失、不同组元的扩散与合金化等阶段。
三种烧结技术所获得的胎体试样物相组成均为Cu5.6Sn和α-Co，HIP试样结晶最佳。
（4）试切结果表明：HIP锯片的优势主要表现在使用寿命上，其寿命较HP
锯片提高了29%。
在质量稳定性上，HIP锯片最优，其次为C-HP锯片、HP锯片。
（5）ANSYS热分析结果表明：HP烧结过程中，若粉末压坯密度均匀，仅考虑石墨模具作为发热体时，粉末压坯受热快，即使是快速升温也能保证温度场的均匀性。
但实际上，粉末压坯会因为自身密度的不均匀而出现局部高温现象；C-HP 烧结过程中，载有粉末压坯的料舟进入炉膛后，应缓慢地由预热区推向高温烧结区，以及时消除烧结体在升温过程产生的温度梯度，减少热应力。