人造聚晶金刚石的耐磨性检测

［()］ 的空隙中， 粘结效果也较差 。 ［$］
工具技术
以根据回波情况 （有无回波， 以及波形、 波幅、 在时间 轴上的位置等） 对工件质量进行评定。可以通过反 射波与发射波之间的时间间隔确定缺陷位置， 通过 反射波的幅度确定缺陷大小。 传统的超声波检测仪是在示波管上显示反射 波， 采用手动调节控制， 受人为因素影响较大， 检测 的精度和可靠性不高。而新型的电脑超声波探伤仪 则克服了传统超声波检测仪的不足， 大大提高了检 测的准确性和可靠性。 但是， 超声波检测法也存在不足之处， 即只能对 难以获得准确的磨耗比值， 且超 !"# 进行定性检测， 声波对人体有害， 对操作人员的技术要求也较高。 （%） / 射线检测法 / 射线数字成像技术是上世纪 $) 年代后期开 始出现的一种无损检测新技术， 目前已广泛应用于 锅炉、 压力容器焊缝等无损检测领域。 / 射线检测是利用 / 射线穿透不同物体后强度 衰减不同的原理。如果被照射物体存在局部缺陷， 该局部区域透过射线的强度就会与周围区域产生差 异。将胶片置于适当位置进行感光， 经暗室处理后 得到底片。通过观察底片即可判断缺陷情况并评价 试件质量。近年来， 通过将计算机技术应用于 / 射 线检测， 省去了对胶片的处理， 可直接在计算机上实 时观察检测结果， 从而缩短了检测周期。 目前， / 射线数字成像检测技术已能应用于金 属材料的无损检测。 / 射线穿过金属材料后， 被图 像增强器所接收， 图像增强器将可见的 / 射线图像 转换为可视图像。由于可视图像为模拟量， 需转换 为数字量才能输入计算机进行处理。经过计算机处 理的数字图像具有较高的灵敏度和清晰度， 可在显 示屏上显示被测材料内部缺陷的性质、 大小、 位置等 信息， 检测人员可通过直接观察检测结果， 按相关标
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对 %&’ 的性能进行测试， 既是保证产品质量的 需要， 也是产品研究开发的关键环节。 %&’ 的主要 物理性能包括耐磨性、 结合强度、 抗冲击强度、 抗冲 击韧性等。此外， 在其使用性能中还包括一项介于 物理性能与化学性能之间的重要指标— — —热稳定 性。对耐磨性、 热稳定性的测试技术难度较低， 易于 实现， 在超硬材料和工具行业已成为常规检测程序。 结合强度、 抗冲击韧性的测试难度较大， 在试验原理 研究和测试设备开发方面迄今尚无重大进展， 也无 成熟的试验方法可供借鉴。因此， 实现对 %&’ 性能 的全面测试具有重要的技术价值和现实意义。 由于 %&’ 的耐磨性 （磨耗比） 检测相对比较容 易， 因此在超硬材料生产企业和超硬工具使用企业 的产品流通中， 通常用耐磨性来衡量 %&’ 的质量。 超硬材料研究机构也以耐磨性作为衡量 %&’ 性能 的主要标准。因此， 对 %&’ 耐磨性检测技术的研究 探索显得尤为重要。 <>; 2=4 耐磨性检测的国内外现状 （$） 国外 %&’ 检测现状 对于 %&’ 的耐磨性指标， 国际上迄今尚未制定 统一的测试标准， 几个主要的 %&’ 材料生产国都采 用各自的测试方法。美国 MN 公司采用的方法是用 直径为 !!GOCC 的花 %&’ 刀具车削一种结构均匀、 岗岩 棒 （ 切 削 速 度 $#"C P C),， 切 深 $CC， 进给率 ， 车削时用测力计测量 %&’ 刀头的受力 "D!#CC P ;） 大小。在车削了一定数量的花岗岩棒后， 观察 %&’ 刀具的磨损量， 用投影显微镜测量被磨损部位的长
-))6 年第 =, 卷 E;
-, 测试之前， 需将 &’! 试件和砂轮分别洗净、 烘 干、 称重。切削和测试以后， 重复这一过程， 即可得 （磨耗量） 。每次测试 出 &’! 和砂轮的重量减少值 的砂 轮 磨 耗 量 不 少 于 -(B， &’! 的 磨 耗 量 不 少 于 称量砂轮的 ).-*B。称量 &’! 的天平感度为 ).2*B， 天平感度为 ).2B。磨耗比的计算公式为： （砂轮 !C 去除量 D &’! 失去量） + 砂轮修正系数。由于测试 时使用的砂轮在制造过程中存在不均匀性， 因此每 一片砂轮的硬度不完全一致。为保证测试的可比
图!
［%］ "#$ 磨耗比测试系统
%* 充分扩散； 若烧结时间过长， 则金刚石晶粒有长大的 趋势， 其强度会降低。此外， 提高合成压力， 有利于 从而提高 !"# 的耐磨性 提高 !"# 的致密度， （%） 金刚石微粉的粒度 在相同的制造工艺下， 金刚石微粉的粒度不同， 金刚石微粉 !"# 成品的耐磨性也不同。一般来说， ［&］ 的粒度越细， !"# 成品的耐磨性也越高 。 （’） 粘结剂的含量 若 !"# 中的粘结剂主要呈线条状和絮状， 较均 匀地分布在金刚石周围， 与金刚石相互作用形成具 有高熔点、 高强度的物相， 在金刚石颗粒之间很好地 烧结在一起， 就能获得具有较好热稳定性和耐磨性 的 !"#。如果粘结剂过少， 则粘结不充分； 反之， 如 果粘结剂过多， 多余部分呈团状分布于金刚石之间
［;， @］ 性， 需要根据砂轮硬度值进行必要的修正 。
英国 !"#""$% 公司采用的测试方法与此相似。 前苏联对 &’! 材料耐磨性的测定是用 &’! 刀 具刨削在指定地区 （顿涅茨地区托列兹露采厂） 钻采 出的石英砂岩。石英砂岩试件的尺寸为 ())** + ,))** + -()**； &’! 刀 具 固 定 在 牛 头 刨 床 的 刀 架 上， 测试时的切削速度为 ).((* / %， 切深为 ).(**， 横向进给 -.0* / 行程； 检测每片 &’! 样片的切削长 度为 () 1 2*。 &’! 的磨耗值为金刚石磨损面中心 线部 分 的 线 高 度 （采 用 工 具 显 微 镜 测 量， 误差为 1 ).),**） 。 （-） 国内检测现状 在我国， &’! 复合材料的耐磨性采用磨耗比 ! 来评价。 3# / 4 ,-,( 5 2666 标准 “人造金刚石烧结体 磨耗比测定方法” 对测试程序进行了规范， 因而测量 数据具 有 较 好 的 可 比 性， 目前该方法已成为评价 &’! 性能最重要的方法。 我国 &’! 耐磨性的定量测试参照超硬工具行业 认定的规范进行。被切削对象为 ).20)** 绿色碳化 硅陶瓷平行砂轮 （规格为 470) 8 9-:&2)) + 2; + ,)） 。 切削 时， 砂 轮 线 速 度 为 -(* / %， 切 削 压 力 为 -.) < 采用 3?@2 5 : 型磨耗比测定仪 =.)>。根据测试要求， 来测试 &’! 的磨耗比。测试系统如图 2 所示。其中， 砂轮线速度连续可调， 以保证砂轮尺寸不断减小时， 砂轮外沿处的线速度仍然保持在 -(* / %； 进给压力可 任意设定， 通过在托盘上施加一定重量的砝码， 即可 保持恒定的切削压力。根据被测 &’! 的尺寸， 设计 了专用的水冷式夹头， 通过大量冷却液的充分冷却，
成分的结合桥
［!］
。其中， 磨耗比是目前国内
衡量 %&’ 烧结体内在质量优劣和实用效果的重要 标志之一。 %&’ 的质量检验是整个产品实现过程中 极为重要的环节和核心技术。本文主要介绍 %&’ 耐磨性的各种检测方法， 并分析了 %&’ 耐磨性的影;# 年 $" 月
［O］ 度和宽度， 然后用计算机计算出其体积以供比较 。
［;］ 可使 &’! 试件和夹具的温升不超过 ,))A 。 ［(］
上述检测结果只能代表 &’! 被测局部区域的 耐磨性， 而不能据此判断整个 &’! 的耐磨性。为使 测试结果具有代表性， 可按图 - 所示， 沿 &’! 的外 圆测试 = 个点 （图中 2 < =） ； 再沿 &’! 直径方向在 （图中 (） 进行线切割后， 逐一测出 = 个测 2 / -半径处 量点的 磨 耗 比 值 后， 求出其算术平均值作为评价 还可以 &’! 耐磨性的指标值。如果被测样品较大， 选取更多的测 试 点， 以 更 全 面 地 反 映 &’! 的 耐 磨 性。在工厂产品的实际测试中， 可根据产品用途来 确定测试点。
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工具技术
人造聚晶金刚石的耐磨性检测
李文强
摘
李拥军
汪宏菊
四川大学
郑宝兵
寇自力
要： 介绍了人造聚晶金刚石 （%&’） 耐磨性检测的国内外现状， 分析了 %&’ 耐磨性常规检测方法和无损检测
方法的原理及特点， 简要论述了影响 %&’ 耐磨性的各种因素。 关键词： 聚晶金刚石， 耐磨性， 磨耗比， 检测， 无损检测
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引言
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2=4 的耐磨性检测
世界上第一颗人造金刚 !" 世纪 G" 年代初期， 石的诞生为金刚石的科研、 生产和应用开辟了全新 的领域。人们对聚晶金刚石 （%1A?=;?78.AA),+ ’).C1,B， 简称 %&’） 的认识始于天然聚晶金刚石。上世纪 H" 年代后期， 实现了 %&’ 的人工合成 。 %&’ 是由预 合成的金刚石微粉经高温高压烧结而成的一种复合 材料， 具 有 许 多 单 晶 金 刚 石 所 不 具 备 的 特 性。在 由于加入了不同的添加剂， 使金 %&’ 的烧结过程中， 刚石晶粒之间形成了以 5)&、 I)&、 J+、 &1、 K) 等为主要 。由于 %&’ 是由许多金刚石微粒 自由取向组成， 因此克服了单晶金刚石的解理破碎 性、 各向异性等缺点。除了硬度稍逊于单晶金刚石 以外， 各向同性、 韧性好、 易 %&’ 材料具有硬度均匀、 加工等优点， 被广泛应用于石油和矿产开采、 金属和 陶瓷的切削、 地板抛光以及拉丝模等领域。 耐磨性和抗 %&’ 的主要性能指标包括耐热性、 冲击强度。在某些情况下， 硬度、 强度、 可加工性、 焊 接性等指标也很重要。不同的应用场合对金刚石的 性能要求也各不相同