金刚石工具金属结合剂的磨损特性
2007年1月
总第157期 第1期
金刚石与磨料磨具工程
D iamond&Abrasives Engineering
Jan.2007
Serial.157 No.1
文章编号:1006-852X(2007)01-0013-05
金刚石工具金属结合剂的磨损特性
王凤荣1 陈哲1 刘一波1 张晋远2
(1.钢铁研究总院北京安泰钢研超硬材料制品有限责任公司,北京102200)
(2.钢铁研究总院,北京100081)
摘 要 文中通过试验和引用若干试验、锯切数据,着重对结合剂的耐磨性和硬度、结合剂的磨损特性和工具的磨损特性、与工具性能相关的主要物理性能进行了讨论。试验结果表明,在Fe基锯片中,P的加入对结合剂硬度没有明显影响却显著降低结合剂的耐磨性,对锯片寿命的影响为先增后降,在P含量为2%wt时寿命达到最大,比未加时提高58%,显著降低结合剂和锯齿的三点抗弯强度,提高锯片的切割速度。认为,结合剂硬度与耐磨性没有必然的联系;结合剂的适度磨损性能不意味着工具寿命的降低;不要过高的要求结合剂的抗弯强度,抗弯强度的底限是保证锯片工作时的绝对安全。
关键词 金刚石工具 金属结合剂 磨损特性
中图分类号 T Q164 文献标识码 A
W ear character isti cs of m eta l bond for d i a m ond tools
W ang Feng r o ng1 C hen Zhe1 L iu Yi bo1 Zhang jinyuan2
(1.C ISR I B eijing Gangyan D iam ond P roducts Co m pany,B eijing102200,Ch ina)
(2.Central Iron&S teel R esearch Institiute,B eijing100081,China)
Abstract Experi m ent and field tests results obtained by the anthors as well as by other reseachers were cited t o discuss the wear resistance and hardness of the bond,the wear characteristics of both the bond and the t ool.The results showed that the adding of phos phorus t o Fe-based bond has no obvi ous effect on the hardness of bond,but can decrease the bond wear resistance.The life s pan of the sa wblade with2%phos phorus added reached t o maxi m u m,na mely being i m p r oved by58%compared t o those without phos phorus added.The additi on of phos phorus decrease the flexural strength,but enhance the cutting s peed of the sa wblade.A t last we conclude that:the hardness and wear resistance of the bond have no definite correlati on,and moderate wearing of the bond does not mean the short lifes pan of diamond t https://www.wendangku.net/doc/f84215186.html,st but not least,it is no need t o over-expect the flexural strength,on the p reconditi on that the flexural strength can guarantee the safety of the operati on.
Keywords dia mond t ools;metal bond;wear characteristics
1 几个概念
1.1 耐磨性
材料的的耐磨性(wear resistance)是指某一材料在一定的摩擦条件下抵抗磨损的能力。通常以摩擦力的倒数来表示:ε=1/w
式中:ε———表示材料的耐磨性
w———表示单位时间内或单位距离内产生
的磨损质量或磨损体积
材料的耐磨性不是材料的固有特性,而是与工况密切相关的系统属性,故很难也不能用某一实验中测出的耐磨性指标去指导具体的项目设计和选材,只能在条件相同的情况下进行比对,得出的结论只限于本实验条件。这在生产和科研实验中是经常碰到的。金刚石工具中的耐磨性包括两个内容,即结合剂的耐磨性和工具的耐磨性。
结合剂的耐磨性和工具的耐磨性是截然不同的两个概念,结合剂容易磨损,工具并不一定容易磨损。结合剂的适度易磨损性能,能使工具有较高的加工效率,而且不降低工作寿命,钴基结合剂和采用某些特异元素改性的结合剂就是实例。
金刚石与磨料磨具工程总第157期
1.2 研磨性
研磨性和耐磨性是两个不同的概念。
对金刚石工具而言,工具加工过程中,工具本身存在耐磨性问题,也就是工具的磨损问题。
而研磨性是被加工对象的属性,例如石材、建材、玻璃、陶瓷……等。被加工对象存在对金刚石工具的研磨性问题,即加工对象对工具的磨损能力,被加工材料的研磨性大小决定于被加工材料的化学组成、结晶颗粒的大小、胶结物种类、致密化程度。被加工材料研磨性的大小决定了工具磨损消耗程度。对同种工具,被加工对象的研磨性不同,工具的磨损程度也就不同。
在生产实践过程中,应特别注意工具和加工对象的适应性,即使同种工具加工相同种类的岩石,也能出现使用效果截然不同的情况。这就是忽略了适应性问题。石材种类相同,化学组成往往大不相同。同一种花岗岩,由于含硅量不同,岩石的可加工性大不相同。由于含硅量高,再加上结晶颗粒粗,解理发育良好,会对工具造成极强的研磨,致使工具快速消耗,使用寿命大幅度降低。1.3 硬度
硬度是材料抵抗变形的能力,相同材料、相同工艺的烧结体的硬度只与孔隙度有关。孔隙度低,硬度高;孔隙度高,硬度低。而孔隙度与烧结工艺有关,与化学成分有关。对火法冶金材料,硬度与相组织有关,不同的相,硬度不同。如奥氏体相硬度低,马氏体相硬度高。不是同种材料情况比较复杂,不好进行对比,在此不作讨论。通常,在火法冶金中,一种材料的硬度和强度有较好的对应关系。硬度和耐磨性一般没有对应关系。
在制作工具时检验坯体硬度,可以及时了解工艺是否合理,坯体是否压实。或者说,可以检验坯体的压实密度是否在允许的范围内,以便及时调整工艺。不应该把硬度作为耐磨性的参考。对同一种材料,孔隙
度低些,硬度高些;孔隙度高些,硬度低些。不同材料
(配方)就截然不同了,可能很软的材料却很耐磨。例如铅,虽然很软,却很耐磨。
实践中发现,含骨架材料很高的工具,胎体一般很耐磨,但有些骨架材料含量高的工具,胎体并不是很耐磨。
2 部分降低结合剂耐磨性元素的实验结果
图1给出钴基结合剂中,钴含量对硬度和磨损失重的影响,其中Ⅰ组为含适量Cr 的Co 基胎体,Ⅱ组为含适量Ti H 2的Co 基胎体,Ⅲ组为含适量Ti 的Co 基胎体。从图中我们可以看到,硬度随钴含量的增加而
降低;耐磨性也随钴含量的增加而降低
[1]
(磨损失重增加)。
(a )对硬度的影响 (b )对磨损失重的影响
图1 钴含量对钴基胎体性能的影响
降低钴含量补加等量6-6-3青铜后对硬度、抗弯强度和磨损失重的影响如图2所示[1]
。每个胎体中
Co 和6-6-3青铜的添加量列于表1中。
表1 各胎体Co 和6-6-3青铜的添加量胎体号
123456Co 含量(wt%)9391898580756-6-3含量(wt%)
2
4
8
13
18
由图2我们可以看出,硬度和耐磨性随钴含量的
增加而降低,抗弯强度随钴含量的增加而增加。
(a )对硬度的影响 (b )对抗弯强度的影响 (c )对磨损失重的影响
图2 降钴补加等量6-6-3青铜对硬度、抗弯强度和磨损失重的影响
图3给出铁基合金中钴含量对硬度和磨损失重的
影响[1]
。硬度随钴含量的增加略有增加,幅度很小;耐磨性明显降低;抗弯强度显著提高。
稀土含量对硬度和磨损失重的影响见图4,抗弯
强度、硬度和磨损失重都随稀土铈含量增加而增加[2]
,显然,稀土铈降低了结合剂的耐磨性。
41
第1期王凤荣等:金刚石工具金属结合剂的磨损特性
图5给出镧含量对磨损失重、抗弯强度、金刚石出刃高度的影响。金属镧与金属铈不同的是抗弯强度随镧含量的增加而降低,磨损失重增加但幅度不大。金刚石出刃高度在镧含量0.75%时出现峰值[2]。
3 实切效果
表5给出含镧、铈结合剂做成锯片切割石岛红的实验数据,从表中数据看,结合剂比较容易磨损的锯片金刚石出刃好,切割性能好[3]。
表5 实切石岛红数据
切割对象稀土
(wt%)
切速
(c m/m in)
ΔM(g)
切割
指数Z
出刃
h(μm)
石岛红021.00.03231.6054
石岛红0.75La24.70.03532.8269
石岛红0.9Ce27.70.03935.4176
表6是上述配方切割威海红的数据。与表5略有差异,含铈配方规律一致,含镧配方改善不是十分明显。总的规律依然是结合剂容易磨损的锯片金刚石出刃好,切割性能随磨损失重的增加而提高。
表7给出五种钴基结合剂的硬度、抗弯强度、孔隙度、锯片耐磨性、锯切性能的对比[4]。
表6 实切威海红数据
切割对象
稀土
(wt%)
切速
(c m/m in)
ΔM(g)
切割
指数
h(μm)威海红036.60.03541.8358
威海红0.75La39.40.04041.3772
威海红0.9Ce41.30.03843.4785
表7给出的五种二元钴基结合剂中的合金元素含量均是相同的,并且含量不高。表7清楚地表明,纯钴结合剂虽然抗弯强度最高,但综合性能和切割性能并不是最好[4],下面对纯钴和钴-锡结合剂的性能进行对比分析。
钴-锡合金除抗弯强度在五种合金中最低以外,其它性能都是最好的。纯钴结合剂的综合排序第二,钴-银合金第三,钴-钨合金最差。单考查锯切性能一项钴-锡合金最好,第二位是纯钴结合剂锯片,第三
51
金刚石与磨料磨具工程总第157期
是钴-银结合剂锯片,随后是钴-镍结合剂和钴-钨结合剂。
表7 结合剂性能排序
结合剂胎体硬度抗弯强度孔隙率锯片耐磨性锯切性能综合排序Co31(最高)2222第二Co-Sn1(最硬)5(最低)1(孔隙最少)1(最耐磨)1(最好)1最好Co-N i5(最软)34444第四Co-Ag423333第三Co-W245(孔隙最多)5(最不耐磨)5(最不好)5最差4 佐证试验
为了能更好地阐述本文观点,笔者做了考察P元素对Fe基结合剂硬度、抗弯强度、耐磨性的影响及对Fe基金刚石锯片切割性能影响的试验。
4.1 试样及锯片制备
表8列出试样及锯片的基本条件及热压参数,为使结果具有代表性,每种试样在同一条件下做4个试样进行性能测试,所得结果为四个数据的平均值。
表8 试样的基本条件及热压参数
试样号
试样及锯片规格
(mm×mm×mm)
Fe含量
(wt%)
P含量
(wt%)
金刚石
粒度、品级
金刚石
浓度
热压温度
(℃)
保温时间
(m in)
压力
(M Pa)
保压时间
(m in)
K1#抗弯试样30mm×5mm×5mm650无09202302 K2#抗弯试样30mm×5mm×5mm63.81.2无09102302 K3#抗弯试样30mm×5mm×5mm62.62.4无09002302 K4#抗弯试样30mm×5mm×5mm623.0无08902302 K5#抗弯试样30mm×5mm×5mm61.43.6无08802302 M1磨削试样39mm×4.7mm×16mm650无09202302 M2磨削试样39mm×4.7mm×16mm63.81.2无09102302 M3磨削试样39mm×4.7mm×16mm62.62.4无09002302 M4磨削试样39mm×4.7mm×16mm623.0无08902302 M5磨削试样39mm×4.7mm×16mm61.43.6无08802302 J1锯片<230(mm)×38(mm)×2.6(
mm)×(6+2)(mm)
65040/50-18kg15%9202302 J2锯片<230(mm)×38(mm)×2.6(
mm)×(6+2)(mm)
63.81.240/50-18kg15%9102302
J3锯片<230(mm)×38(mm)×2.6(
mm)×(6+2)(mm)
62.62.440/50-18kg15%9002302
J4锯片<230(mm)×38(mm)×2.6(
mm)×(6+2)(mm)
623.040/50-18kg15%8902302 J5锯片<230(mm)×38(mm)×2.6(
mm)×(6+2)(mm)
61.43.640/50-18kg15%8802302
4.2 磨削试验测试方法
本试验的磨损失重测试装置如图6所示。其过程
为:将被测试样8放在夹座上夹紧,调整好砂轮摆动速
度,启动设备;转动进给手轮1,使砂轮7(46#白刚玉砂
轮,转动速度为35m/s)接近试样;开始计时,同时匀
速转动进给手轮1,开始加压磨试样,同时看加压电流
表的表值,并且控制表值不变,说明加压是一致的;计
时3m in,停止进给;松开夹具,卸下试样;再装上下一
个试样,重复上面的步骤,每一个试样计时均为3m in,
电流保持相同数值。这样可得到每个试样在相同条件下的磨损失重,砂轮的磨损失重由于与试样的重量损失相比微乎其微,故忽略。这样,各试样通过其磨损失重大小得出耐磨性比较。
图6 磨削试验装置图
4.3 试验结果
对K1#、K2#、K3#、K4#、K5#试样做硬度、三点抗弯强度试验,对M1#、M2#、M3#、M4#、M5#试样做磨削试
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第1期王凤荣等:金刚石工具金属结合剂的磨损特性验,得到P 元素对铁基结合剂硬度、抗弯强度和磨耗比的影响,如图7所示。从中我们看到P 的含量对结合剂硬度影响不大;但对抗弯强度、磨耗比影响却很显著,随P 加入量的增加,结合剂的耐磨性逐渐降低;抗弯强度随P 加入量增加显著降低。
对J1、J2、J3、J4、J5锯片进行锯切试验,并对这些锯片的锯齿做三点抗弯强度测试,测得结果如图8所示。锯切在7.5k W 台式锯切机上进行,切机转速为
2880r/m in,测定最大切割速度时的被切割材料是花
岗石萨尔莫红,切割深度为20mm;寿命试验的被切割材料是WA /A80#K 型号砂轮。
可见,在本试验条件下,P 的加入会增加锯片的切割速度,但P 加入量不能太多,否则锯齿抗弯强度太低,达不到安全性能要求;随着P 含量的增加,锯片切割寿命随之增加,当增加到2%wt 时达到最大,然后开始急剧降低。
(a )对硬度的影响 (b )对磨损失重的影响 (c )对抗弯强度的影响
图7 P 对Fe 基结合剂硬度、磨损失重、抗弯强度的影响
(a )对锯齿抗弯强度的影响 (b )对锯片切割速度的影响 (c )对锯片切割寿命的影响
图8 P 对Fe 基结合剂锯片性能的影响
5 结论
(1)在Fe 基锯片中,P 的加入对结合剂硬度没有
显著影响,显著降低结合剂的耐磨性以及结合剂和锯
齿的三点抗弯强度,可增加锯片的切割速度,对切割寿命的影响为先增后降,当P 含量为2wt%时锯片切割寿命最长。
(2)保持结合剂的适度易磨损性能,是合理设计结合剂时应首先考虑的。实践证明,结合剂的适度磨损性能不意味工具寿命的降低。
(3)结合剂硬度和耐磨性没有必然的联系,所以不能一味用硬度代替耐磨性。结合剂的硬度高低,一般不是结合剂耐磨与否的表征。
(4)不要过高地要求结合剂的抗弯强度,抗弯强度的底限是保证锯片工作时的绝对安全。
(5)通常认为钴-钨合金的硬度一定比钴-锡合
金高,实则不然。唯一的解释是在粉末烧结的结合剂
中,硬度与孔隙度有关,前者的孔隙度远高于后者。
主要参考文献
1 孙毓超,宋月清.《金刚石工具制作理论与实践》[M ].郑州大学出版
社,2005,郑州
2 孙毓超,宋月清.《金刚石工具制作理论与实践》[M ].郑州大学出版
社,2005,郑州
3 孙毓超,宋月清.《金刚石与磨料磨具工程》[J ].2003,024 罗盛义.《钻石工业年鉴》[A ].1994:27
作者简介
王凤荣女,1968年生,北京安泰钢研超硬材料制品有限责任公司研发中心副经理,高级工程师,北京钢铁研究总院博士研究生。主要从事超硬材料制品的新产品、新工艺开发工作。
收稿日期:2006-11-2
(编辑:王琴)
7
1
CN201110179231 一种树脂金属复合结合剂以及复合结合剂金刚石砂轮
(10)申请公布号 CN 102350667 A (43)申请公布日 2012.02.15C N 102350667 A *CN102350667A* (21)申请号 201110179231.X (22)申请日 2011.06.29 B24D 3/02(2006.01) B24D 18/00(2006.01) (71)申请人苏州赛力精密工具有限公司 地址215121 江苏省苏州市苏州工业园区唯 新路81号 (72)发明人王凯平 王照 (74)专利代理机构苏州创元专利商标事务所有 限公司 32103 代理人 陶海锋 (54)发明名称 一种树脂金属复合结合剂以及复合结合剂金 刚石砂轮 (57)摘要 本发明属于金刚石砂轮领域，具体涉及一种 树脂金属复合结合剂以及采用该树脂金属复合结 合剂制备的复合结合剂金刚石砂轮。所述树脂金 属复合结合剂由以下重量比的原料组成：聚酰亚 胺树脂粉、铜粉、锡粉、锌粉、磷粉、铅粉；所述复 合结合剂金刚石砂轮由以下体积比的原料购成： 复合结合剂、金刚石磨料、树脂液的体积百分比各 为：65-85%、15-35%、0.5-1%。采用上述树脂金属 复合结合剂制备的金刚石砂轮在数控磨床上使 用时，既保持了树脂结合剂金刚石砂轮原有的磨 削效率高、自锐性好的特点，同时也具有金属结合 剂金刚石砂轮高刚性、高耐热性、型面保持好的优 点，重负荷强力磨削的单程切深可达6mm ，综合经 济效益可提高100%以上。(51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页
1.一种用于制备金刚石砂轮的树脂金属复合结合剂，其特征在于，所述树脂金属复合结合剂由以下重量比的原料组成： 聚酰亚胺树脂粉 20～50%； 铜粉10～30%； 锡粉20～50%； 锌粉5～20%； 磷粉5～10%； 铅粉1～7%。 2.一种复合结合剂金刚石砂轮，由砂轮基体和设置在砂轮基体上的磨料层构成，其特征在于，所述复合结合剂金刚石砂轮的制备方法包括以下步骤： (1) 将权利要求1所述原料在混料机中混合10～20小时，混合均匀后通过320目标准筛，得到复合结合剂；将所得复合结合剂与金刚石磨料置入混料机内混合均匀，然后缓缓加入湿润剂树脂液继续混合1～2小时，混合均匀后通过60目标准筛，得到砂轮混合料； (2) 将加工好的金属基体置入模具内配置好，然后将步骤(2)所得砂轮混合料缓慢均匀地投入已与基体配置好的模具内并刮平，置入液压机台定模热压；热压的压力为80～120MPa，热压的温度为250～280℃，保压45～60分钟，得到砂轮坯体； (3) 将压制好的砂轮坯体冷却出模，然后置入烧结炉或电烘箱内，2～3小时内快速升温至180℃，然后分段升温至最终烧结温度250℃±5℃，保温10～16小时，冷却至室温取出； (4) 将检验合格的砂轮坯体在车床和磨床上加工至图纸要求的形状和尺寸，按金刚石砂轮国家标准JB/T 7425-94检验合格后包装、入库，得到复合结合剂金刚石砂轮。 3.根据权利要求2所述复合结合剂金刚石砂轮，其特征在于，复合结合剂、金刚石磨料、树脂液的体积百分比各为： 65～85%、15～35%、0.5～1%。 4.根据权利要求2所述复合结合剂金刚石砂轮，其特征在于，所述湿润剂为酚醛树脂液。 5.根据权利要求2所述复合结合剂金刚石砂轮，其特征在于，所述砂轮基体为钢基体。
树脂结合剂金刚石工具的影响因素
树脂结合剂金刚石工具的影响因素 经混合后热压固化而成。其性能也直接受树脂结合剂、填料和金刚石磨料的影响。 1 结合剂的影响，主要包括结合剂种类和含量的影响等 （1）各种树脂结合剂金刚石工具的共同特点是耐热性较差，在加工工件的过程中，金刚石工具和工件之间产生的热量容易使局部温度过高，一旦达到临界值，树脂结合剂对金刚石的把持失效，金刚石在没有完全磨钝的条件下就会脱落，从而使加工费用大幅提升。目前主要是通过对树脂结合剂进行改性来提高其耐热性能的。高良倡采用方烷基醚改性酚醛树脂，其耐热性能够达到180℃以上。杜杨等以有机硅预聚合物、硼酸、苯酚和甲醛为原料合成的新型含硼硅酚醛树脂BSP，由于酚醛树脂结构中引入B—O 键和有机硅链，BSP 树脂具有优良的耐热性和韧性，同时也改善了树脂的耐水性和储存稳定性。肖东政等采用BMI( 双马来酰亚胺) 改性酚醛树脂获得了耐热性较好的双马来酰亚胺改性酚醛树脂。 （2）树脂结合剂含量的影响。树脂结合剂含量对金刚石工具加工性能有较大的影响。文献介绍了在单晶硅片减薄砂轮中，树脂结合剂含量增加，砂轮的硬度、抗压强度逐渐增大，当树脂结合剂含量增加到一定程度时，砂轮磨耗比的提高趋于缓慢，同时砂轮表面容易出现堵塞现象，同时含量越高，堵塞现象越严重。 （3）树脂结合剂粒度的影响。国内用作金刚石磨具生产的树脂粉粒度大多在80～180目之间，这样的粒度范围存在两个缺陷，一是影响磨具的压制成形性能，二是可能影响结合剂的性能。在压制过程中，树脂粉虽可受热软化，并有一定流动性，达到包覆磨粒的目的，但在压制过程中，结合剂料是在模具内受压的，空间有限，树脂的流动范围也有限，当树脂粉粒度粗时，就会有部分磨料粘结不牢固，从而过快脱落。有研究表明当树脂粒度细化后，可改善成形料的流动性，有利于磨具的热压成形。 2填充料的影响，主要包括填料种类和含量的影响等 填充料是金刚石磨具的一个重要组成部分，加入适量的填充料不仅可以大大降低成本，还可提高磨具的机械强度，延长使用寿命。 填充料种类较多，加入不同种类的填料对磨具的影响也不同。按性质和用途可分为四类: 1①不活泼填充料。用于可塑工艺，目的是降低磨具成本;2②活泼填充料。增塑吸附效应，使磨粒与结合剂粘合能力增强;3③补强填料。如玻
2016金属金刚石结合剂砂轮技术配方
2016新版、《金属结合剂金刚石砂轮磨具制造工艺配方》 金刚石砂轮与普通砂轮相比，具有磨削效率高，表面光洁度好，磨削质量高，成本低等。金刚石砂轮的主要特点是硬度高、导热率高、锋利度高由此带来高的磨削率。适用于现代工业机械加工中的高效、强力磨削，适用于加工硬质合金，光学玻璃、陶瓷、石英、宝石、铁氧体、半导体材料、铸铁、浮火钢、建材、耐火材料等高硬材料。 近几年来，随着高速磨削超精密磨削技术迅速发展，对砂轮提出了更高要求，陶瓷树脂结合剂砂轮已不能满足生产需要，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生产得到了广泛应用。围绕金属结合剂牢固把持金刚石磨粒的关键环节,国内涌现出许多优秀的新技术、新工艺、新配方。 例如：针对传统金属基金刚石工具中结合剂对磨粒把持力弱的瓶颈问题，国内华侨大学研制了通过液态金属直接连接金刚石磨粒的工具制备新方法、稀土改性钨基结合剂金刚石磨轮制造技术工艺配方、设计并开发了研究合金与磨粒界面行为的实验系统等诸多成果，显著提高金刚石颗粒的把持力，增加金刚石磨轮的耐磨性。目前新技术已经得到广泛应用，近年来，新增产值上亿元，并获得2014年度福建省科学技术奖。这些具有自主知识产权的关键技术，非常值得致力于金刚石砂轮磨具、金刚石工具创新和生产的科技型企业、科研单位学习和借鉴。生产出超一流的金刚石砂轮磨具制品！ 本篇专辑精选收录了国内关于金刚石砂轮磨具制造最新技术工艺配方技术资料。涉及国内著名公司、科研单位、知名企业的最新技术全文资料，工艺配方详尽，技术含量高、环保性强是从事高性能、高质量、产品加工研究生产单位提高产品质量、开发新产品的重要情报资料。 资料中包括制造磨料原料组成、金属结合剂配方、生产工艺、烧结工艺、产品性能测试及标准、解决的具体问题、产品制作实施例等等，是企业提高产品质量和发展新产品的重要、实用、超值和难得的技术资料。 本篇专集资料分为上、下两册，A4纸大，现货发行，欢迎订购！ 网址：https://www.wendangku.net/doc/f84215186.html,/diamondtools 国际新技术资料网由北京恒志信科技发展有限责任公司组建，是专门致力于企业经济信息、科技信息开发、加工整理、市场调查和信息传播的专业化网站，网站发展宗旨是：致力于我国信息产业的建设，及时向企业、科研部门提供最新的国际最领先技术的科技信息情报，有效服务于企业新产品开发、可行性论证和推广。 网站主要提供包括美国、日本、韩国、欧洲各国的专利技术资料、世界排名企业最新技术情报资料收集整理、数据加工、资料翻译，接受企业、科研院所委托专题情报服务。网站主要栏目包括世界科技发展热点的新材料、石油化工、精细化工等。 国际新技术资料网拥有一支工作态度认真、业务基础扎实、团结协作意识强、专业技术水平过硬的员工队伍。我们以质量、信誉、完善的售后服务为准则，以优质的服务、雄厚的技术力量、先进的情报手段服务于广大客户。公司和自2000年成立以来，与有关科研单位、报社、信息中心共同合作为近万家企业单位、科研院校提供了有效的专题资料服务，得到了广大的企业家、科研工作者的好评。 国际新技术资料网 https://www.wendangku.net/doc/f84215186.html,
金刚石砂轮介绍
金刚石砂轮介绍 简介： 以金刚石磨料为原料，分别用金属粉、树脂粉、陶瓷和电镀金属作结合剂，制成各种形状的制品，用于磨削、抛光、研磨的工具叫金刚石磨具 结构 金刚石磨具结构一般由工作层、基体、过渡层三部分组成。 工作层又称金刚石层，由磨料、结合剂和填料组成，是磨具的工作部分。过渡层又称非金刚石层，由结合剂、金属粉和填料组成，是将金刚石层牢固地连接在基体上的部分。 基体是由铝、钢或电木加工而成，起支承工作层和装卡磨具的作用。 用途 由于金刚石磨料所具有的特性（硬度高、抗压强度高、耐磨性好），是金刚石磨具在磨削加工中成为磨削硬脆材料及硬质合金的理想工具，不但效率高、精度高，而且粗糙度好、磨具消耗少、使用寿命长，同时还可改善劳动条件。因此广泛用于普通磨具难于加工的低铁含量的金属及非金属硬脆材料，如硬质合金、高铝瓷、光学玻璃、玛瑙宝石、半导体材料、石材等。 [编辑本段] 分类： 金刚石砂轮按结合剂可分为：树脂结合剂金刚石砂轮；陶瓷结合剂金刚石砂轮；金属结合剂金刚石砂轮（青铜结合剂金刚石砂轮） 金刚石砂轮按生产工艺可分为：烧结式金刚石砂轮（树脂结合剂金刚石砂轮；陶瓷结合剂金刚石砂轮；金属结合剂金刚石砂轮）；电镀金刚石砂轮；钎焊金刚石砂轮。 金刚石砂轮按磨削方式可分为：磨钻石用金刚石砂轮；磨硬质合金用金刚石砂轮（金刚石刀磨砂轮）;磨金刚石复合片用金刚石砂轮；无芯磨床用无心磨金刚石砂轮；
磨陶瓷制品用金刚石砂轮；切割用金刚石砂轮（也被称为金刚石切割片）；金刚石锯片。 金刚石砂轮按外观或形状可分为：平行砂轮；筒形砂轮；杯形砂轮；碗形砂轮；碟形砂轮；磨边砂轮；磨盘等。 人造金刚石又称"工业钻石"，它和天然金刚石一样，是当今人们已知自然界中最硬的物质。由于它具有极高的硬度，抗压强度和耐磨性，抗酸碱性以及良好的导热性和半导体性能，因而它被制成的各种工具制品能广泛应用于冶金、机械、地质、石油、电子、光学、建筑、石材等各个领域。人造金刚石砂轮是以人造金刚石为主要原材料配以其他金属粉料经过高温、高压形成的一种人造金刚石制品，能广泛应用于硬质合金、有色金属和非金属的磨削加工。 粒度选用 人造金刚石粒度的粗细以粒度号表示。粒度的粗细直接影响工件表面粗糙度、磨削效率和磨具损耗。选择粒度原则上是在满足加工工件要求的条件下选用尽可能粗的粒度，这样可以提高磨削效率和降低磨具的损耗。（见右表） 金刚石粒度一般分 磨削工序选用粒度 粗磨30#-120# 中磨120#-240# 精磨240#-W40 研磨、抛光W40-W1 结合剂选用 人造金刚石砂轮根据结合剂的不同一般分为树脂砂轮、金属砂轮、陶瓷砂轮和电镀砂轮。不同的结合剂有着不同的性能，要根据不同的加工对象、要求来选用合适的结合剂。 结合剂代号主要用途 树脂结合剂B 用于硬质合金、玻璃、陶瓷、石材和宝石的切割、磨削。 金属结合剂M 用于硬质合金、玻璃、陶瓷、石材、宝石等重负荷切割、磨削耐磨性好。 陶瓷结合剂V 用于各种钢材和铸铁等的干磨和湿磨，更适合磨削长轴和丝轩。 电镀结合剂D 用于各种材料特殊型面、小孔的磨削及贵重材料的切割下料。
如何研制适合加工PCD的陶瓷结合剂金刚石砂轮
如何研制适合加工PCD的陶瓷结合剂金刚石砂轮 聚晶金刚石(PCD)材料、聚晶立方氮化硼(PcBN)材料,是金刚石或cBN微粉在高温高压下合成在硬质合金基体上的,它克服了金刚石、cBN单晶各向异性的特点,具有高硬度及高耐磨性,是理想的刀具材料,被广泛应用于汽车、航空、航天、建材等领域的加工。合成的PCD、PcBN片外圆形状不规则,表面不平整。需要对PCD、PcBN进行加工,使其与硬质合金基体尺寸保持一致且平面平整。PCD的高硬度、高耐磨性使刀具刃磨相当困难,主要体现在材料磨除率小、砂轮损耗大、刃磨效率低、刃口呈锯齿状等。因此,PCD刀具的刃磨加工是影响其使用的关键工序。 采用树脂结合剂金刚石外圆砂轮加工PCD、PcBN时,加工效率低,加工成本高,成品的尺寸偏差大,磨削噪音大,对环境污染较大,对磨床的破坏大。 陶瓷结合剂砂轮具有耐高温。加工效率高、刚性好、在磨削过程中保持刃具形状好,成品的尺寸精度能得到保证等优点。使用陶瓷结合剂金刚石砂轮磨削加工PCD刀具,可最大限度地提高磨削效率。且磨削比小,耐磨度高,使用寿命长,加工成本低,具有广泛的实际意义和推广价值。 陶瓷结合剂金刚石砂轮的刃磨表面质量较好,基本与金属结合剂砂轮磨削质量相接近,而其磨削效率极高,约为金属结合剂砂轮刃磨效率的4倍,这一点已被实验证明。 但由于金刚石的耐热稳定性差,惰性较大,使陶瓷结合剂金刚石砂轮制备比较困难,砂轮批次之间的性能不易稳定,因此,陶瓷结合剂金刚石砂轮的广泛应用受到限制。通过对陶瓷结合剂及磨具性能的研究,研制出适合PCD加工的陶瓷结合剂金刚石砂轮是制备的关键。 (中国研磨网) 豫金刚石形势分析 主营业务:豫金刚石主营业务为人造金刚石及其原辅材料的研发、生产和销售,以及人造金刚石合成设备的研发。目前,豫金刚石的主导产品为人造金刚石,已成为全国人造金刚石的主要生产企业之一,人造金刚石产销量位居全国第三。 海通证券:由于豫金刚石在原辅材料、合成设备、合成工艺等方面的领先水平以及生产环节的规范化管理,豫金刚石人造金刚石产品的综合生产成本处于优势地位,因而豫金刚石生产产品的毛利率居于国内同行业最高水平,盈利能力强。豫金刚石综合成本低于行业水平,在行业竞争中具有较强的成本优势,也是豫金刚石总体盈利能力一直处于高水平的主要原因。 天相投资:由于豫金刚石在研发和技术装备上优势明显,豫金刚石生产的金刚石高品级率总体处于国内领先水平,部分人造金刚石的粒度、冲击韧性(T I)、热冲击韧性(TT I)、冲击强度等技术指标已经接近或达到国际先进水平,可以部分替代进口金刚石产品,满足国内外高品级金刚石的市场需求。 安信证券:2009年我国人造金刚石产量达到54亿克拉,产销量已占全球总量的70%以上。豫金刚石2009年度人造金刚石产量为4.02亿克拉,而国内主要竞争对手黄河旋风和中南豫金刚石产能均超过15亿克拉。产量排名前三位的河南金刚石的产能的行业集中度达80%左右,由于产品同质化,行业竞争较为激烈。但豫金刚石竞争优势明显,有利于在激烈竞争中脱颖而出,其核心竞争力主要体现在技术研发领先以及由此引发的在原辅材料、合成设备、合成工艺等方面领先。与上市公司黄河旋风相比,豫金刚石产品毛利率要高出近10个百分点,这也反映了豫金刚石产品相对高端,技术相对领先。 62
树脂结合剂金刚石工具性能的研究
树脂结合剂金刚石工具性能的研究 树脂结合剂金刚石磨具是金刚石磨具中使用量最大的一类。和金属结合剂金刚石磨具和陶瓷结合剂金刚石磨具相比,树脂结合剂金刚石磨具有磨具硬化温度低,只需200℃左右,远远低于金属结合剂和陶瓷结合剂金刚石磨具的热压成型 温度;生产周期短,生产设备简单,生产能耗少,规模生产可降低成本;形成自锐性,提高磨具锋利性;被加工工件的表面光洁度高,适用于镜面磨削;其缺点是寿命短,耐热性差,易老化。 其中最根本原因是:树脂结合剂胎体对金刚石的把持力小。为了提升树脂结合剂磨具的寿命,通常采用两种方法进行改进。 一种方法是尝试新型树脂或者对现有树脂进行改性,提高树脂的耐热性;另一种方法是对金刚石进行镀覆,提高树脂对金刚石的把持力。镀覆金刚石在金属结合剂和陶瓷结合剂的磨具中应用的相应研究较多,但镀覆金刚石在树脂结合剂中的研究却鲜有报道。 本文通过采用对无镀层金刚石、镀覆刚玉金刚石和金属镀层金刚石制备的金刚石树脂结合剂磨具性能进行对比分析,研究镀覆种类对两种树脂结合剂磨具的锋利性、耐用性、力学性能以及对树脂结合剂的结构和致密度的影响,获得如下结论:(1)采用聚酰亚胺树脂(PI)作为结合剂,在金刚石、聚酰亚胺(PI)、氧化铬等组分确定的前提下,实验填料的最佳配比为碳化硅微粉30(vol)%,合金粉 4(vol)%,冰晶石4(vol)%,此时,树脂金刚石磨具磨削比最大,达到2.286,具备良好的磨削性能,使用性价比较高。(2)按照最佳填料配方,采用无镀层金刚石、镀覆金属(钛、铜、镍)镀层金刚石和镀覆刚玉镀层金刚石压制两组平行实验试样进行性能对比分析。
结果表明:在其他组分含量保持不变的前提下,对金刚石进行表面镀覆处理可以明显提高磨具的磨削比,提高磨具的磨削效率,并且可以提高试样的抗弯强度、硬度等力学性能。三种金属镀层(钛、铜、镍)中,钛镀层的镀覆效果最好,对树脂磨具的磨削性能和力学性能提升明显,无机物刚玉镀层镀覆效果优于金属镀层。 (3)使用无镀层金刚石的配方试样,聚酰亚胺(PI)树脂结合剂金刚石磨具拥有更好的耐磨性和锋利性;使用含镀层的金刚石配方试样,情况相反。在无水冷磨削条件下,酚醛树脂(PF)树脂结合剂使用镀覆镀层的金刚石对树脂磨具的磨削性能提升幅度更大。 (4)对金刚石进行表面镀覆可以影响到热压后酚醛树脂(PF)结合剂的结构和致密度,并且表面更粗糙的刚玉镀层影响更大。靠近金刚石的酚醛树脂(PF)更为致密,对金刚石形成保护性包裹,远离金刚石的酚醛树脂(PF)更为稀疏。
金刚石砂轮及应用
金刚石砂轮及应用 【摘要】 本文通过介绍金刚石砂轮的特性，来阐述其应用的范围和作用。 【关键词】结构特性用途分类应用金刚石砂轮的新发展 以金刚石磨料为原料，分别用金属粉、树脂粉、陶瓷和电镀金属作结合剂，制成的中央有通孔的圆形固结磨具称作金刚石砂轮。 金刚石砂轮结构一般由工作层、基体、过渡层三部分组成。工作层又称金刚石层，由磨料、结合剂和填料组成。过渡层又称非金刚石层，由结合剂、金属粉和填料组成，是将金刚石层牢固地连接在基体上的部分。基体，用于承接磨料层，并在使用时用法兰盘牢固地夹持在磨床主轴上。一般金属结合剂制品选用钢材、合金钢粉作基体；树脂结合剂选用铝合金、电木作基体。由铝、钢或电木加工而成，起支承工作层和装卡磨具的作用。砂轮成型质量的好坏和使用精度的高低都与基体有很大关系。 由于金刚石磨料所具有的特性（硬度高、抗压强度高、耐磨性好），使金刚石磨具在磨削加工中成为磨削硬脆材料及硬质合金的理想工具，不但效率高、精度高，而且粗糙度好、磨具消耗少、使用寿命长，同时还可改善劳动条件。因此广泛用于普通磨具难于加工的低铁含量的金属及非金属硬脆材料，如硬质合金、高铝瓷、光学玻璃、玛瑙宝石、半导体材料、石材等。 金刚石砂轮按结合剂可分为：树脂结合剂金刚石砂轮；陶瓷结合剂金刚石砂轮；金属结合剂金刚石砂轮（青铜结合剂金刚石砂轮）。金刚石砂轮按生产工艺可分为：烧结式金刚石砂轮（树脂结合剂金刚石砂轮；陶瓷结合剂金刚石砂轮；金属结合剂金刚石砂轮）；电镀金刚石砂轮；钎焊金刚石砂轮。金刚石砂轮按磨削方式可分为：磨钻石用金刚石砂轮；磨硬质合金用金刚石砂轮（金刚石刀磨砂轮）;磨金刚石复合片用金刚石砂轮；无芯磨床用无心磨金刚石砂轮；磨陶瓷制品用金刚石砂轮；切割用金刚石砂轮（也被称为金刚石切割片）；金刚石锯片。金刚石砂轮按外观或形状可分为：平行砂轮；筒形砂轮；杯形砂轮；碗形砂轮；碟形砂轮；磨边砂轮；磨盘等。 金刚石砂轮用于玻璃、陶瓷、铁氧体、半导体材料等硬脆性材料和金属材料的研磨加工、硬质合金材料的外形加工、电解磨削加工，以及磨削加工中心用金刚石钻头的磨削等重负荷切割，具有磨削耐磨性好、效率高、使用寿命长的特点。 金刚石砂轮是磨削硬质合金、玻璃、陶瓷、宝石等高硬脆材料特效工具。近几年来，随着高速磨削超精密磨削技术迅速发展，对砂轮提出了更高要求，陶瓷树脂结合剂砂轮已不能满足生产需要，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生产得到了广泛应用。金属结合剂金刚石砂轮按制造方式不同主要有有烧结、电镀两种类型。为了充分发挥超硬磨料作用，国外从20世纪90年代初开始用高温钎焊工艺开发一种新型砂轮，即单层高温钎焊超硬磨料砂轮。陶瓷金刚石砂轮还处于研制开发阶段。陶瓷结合剂金刚石砂轮具有金刚石和陶瓷结合剂的共同特点，与普通刚玉、碳化硅砂轮相比，它的磨削力强，磨削时温度比较低，砂轮磨损比较小;可以适应各种冷却液的作用;磨削时砂轮的形状保持性好，磨出工件的精度高;砂轮内有较多的气孔，磨削时有利于排屑和散热，不易堵塞、不易烧伤工件;砂轮的自锐性比较好，修整间隔的时间长，修整比较容易。因此陶瓷结合剂金刚石砂轮在国外一些发达国家的使用日益增多。烧结型金属结合剂砂轮多以青铜等金属作为结合剂，用高温烧结法制造，其结合强度高，成型性好，耐高温，导热性耐磨性好，使用寿命长，可承受较大负荷。因砂轮烧结过程不可避免地存着收缩及变形，所以使用前必须对砂轮
金属结合剂金刚石工具烧结技术的研究
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
金属结合剂金刚石砂轮的研究及进展
金属结合剂金刚石砂轮的研究及进展 2007-9-24 1引言 由金刚石或立方氮化硼(CBN)磨料制作的超硬磨料砂轮，因其优良的磨削性能，已广泛用于磨削领域的各个方面。金刚石砂轮是磨削硬质合金、玻璃、陶瓷、宝石等高硬脆材料的特效工具。近几年来，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，陶瓷和树脂结合剂的砂轮已不能满足生产的需要，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。金属结合剂金刚石砂轮按制造方式不同主要有有烧结和电镀两种类型。为了充分发挥超硬磨料的作用，国外从20世纪90年代初开始用高温钎焊工艺开发一种新型砂轮，即单层高温钎焊超硬磨料砂轮，目前国内这种砂轮还处于研制开发阶段。 2烧结型金刚石砂轮 烧结型金属结合剂砂轮多以青铜等金属作为结合剂，用高温烧结法制造，其结合强度高，成型性好，耐高温，导热性和耐磨性好，使用寿命长，可承受较大的负荷。因砂轮在烧结过程中不可避免地存在着收缩及变形，所以在使用前必须对砂轮进行整形，但砂轮修整比较困难。目前生产中常用的砂轮对滚整形方法不仅在修整时费时费力，而且修整过程中金刚石颗粒的脱落较多，修整砂轮本身的消耗很大，整形精度较低。 近年来各国学者相继开展了应用特种加工方法修整金属结合剂金刚石砂轮的研究工作，主要有电解修整法、电火花修整法和复合修整法等。电解修整法速度快，但整形精度不高；电火花修整法整形精度高，既可整形又可修锐，但整形速度较慢；复合修整法有电解电火花复合修整法、机械化学复合修整法等，修整效果较好，但系统较复杂，因此烧结型金刚石砂轮的修整问题仍然没有得到很好的解决。此外，由于砂轮的制造工艺决定了其表面形貌是随机的，各磨粒的几何形状、分布及切削刃所处的高度不一致，因此磨削时只有少数较高的切削刃切到工件，限制了磨削质量和磨削效率的进一步提高。 3电镀金刚石砂轮 电镀金刚石砂轮的优点：①电镀工艺简单，投资少，制造方便；②无需修整，使用方便； ③单层结构决定了它可以达到很高的工作速度，目前国外已高达250～300m/s；④虽然只有单层金刚石，但仍有足够的寿命；⑤对于精度要求较高的滚轮和砂轮，电镀是唯一的制造方法。正是由于这些优势，电镀砂轮在高速、超高速磨削中占据着无可争议的主导地位。电镀金刚石砂轮存在的缺陷：在镀层金属与基体及磨料的结合面上并不存在牢固的化学冶金结合，磨料实际上只是被机械包埋镶嵌在镀层金属中，因而把持力小，金刚石颗粒在负荷较重的高效磨削中易脱落(或镀层成片剥落)而导致整体失效；为增加把持力就必须增加镀层厚
陶瓷结合剂金刚石砂轮的制备研究
第21卷第3期 超 硬 材 料 工 程V ol.21 2009年6月SU P ERHA RD M A T ERIA L ENG IN EERIN G Jun.2009陶瓷结合剂金刚石砂轮的制备研究 聂道俊,卜忠衡,刘小磐 (湖南大学材料科学与工程学院,长沙410082) 摘 要:陶瓷结合剂金刚石砂轮广泛运用于磨削加工,文章研究了金刚石粒度、烧结温度及结合剂含量对 陶瓷结合剂金刚石砂轮性能的影响。研究结果发现金刚石表面微观结构呈多孔状,粒度越细,烧结过程中 与结合剂的反应活性越低,砂轮硬度越高。同时在一定范围内烧结温度越高,结合剂含量越低,砂轮硬度越 高。 关键词:陶瓷结合剂;金刚石砂轮;烧结温度;硬度 中图分类号:T G74:T Q164 文献标识码:A 文章编号:1673-1433(2009)03-0005-05 Preparation of vitrified bond diamond grinding wheel NIE Dao-jun,PU Zhong-heng,LIU Xiao-pan (M aterial S cience and T echnology College,H unan Univ er sity,Changsha410082,China) Abstract:Vitrified bond diamo nd g rinding w heel is w idely used in grinding pro cess.This study has researched the influence o f diamond g ranularity,sintering temperature and the content of vitrified bo nd o n the diam ond grinding wheel.T he results show that the microstr ucture of the diamond surface is porous.T he g rinding w heel has a hig her hardness w hen the diamond particle size is smaller because o f the low er r eactivity betw een the vitrified bo nd and the diam ond in the sinter ing process.M oreover,in a certain range, the higher the sintering temper ature,the low er the content of v itrified bo nd,the hig her the hardness of the grinding w heel. Keywords:v itrified bond;diamond gr inding w heel;sintering temper ature;hardness 1.引言 陶瓷结合剂金刚石砂轮是目前发展比较迅速的一种超硬材料磨具,与树脂结合剂磨具相比其形状保持性好,加工尺寸精度高;与金属结合剂磨具相比其具有砂轮易于修整、磨削时不易堵塞及不易烧伤工件等优点。同时由于树脂及金属结合剂砂轮通常采用热压法制备,难以获得足够的气孔用于储存磨削液及提高砂轮自锐性,而陶瓷结合剂金刚石砂轮可以很方便地控制气孔率的大小[1]。目前,陶瓷结合剂金刚石砂轮主要应用于刀具、硬质合金、金属陶瓷、铁氧体、液压泵齿轮颈、宝石、普通陶瓷及新型工程陶瓷材料的磨削和加工,具有广阔的应用前景。 目前在欧美日俄等发达国家陶瓷结合剂金刚石砂轮的使用已较普遍[2],相应的产品日渐丰富,而国内对其研究仍处于实验室阶段或试用阶段。与树脂或 5 收稿日期:2009-03-15 作者简介:聂道俊(1988～),男,学士,国家大学生创新性实验计划项目负责人,从事超硬材料工具研究。 基金项目:国家SIT资助项目 通讯作者:刘小磐,博士,E-M ail:liu xiaopanjj@https://www.wendangku.net/doc/f84215186.html,
金属基金刚石工具结合剂中添加合金元素的研究进展
金属基金刚石工具结合剂中添加合金元素的研究进展 司卫征袁慧张凤林王成勇 (广东工业大学机电工程学院广州510006) 摘要本文综述了金属基金刚石工具结合剂中添加各种合金元素的研究进展。重点阐述了骨架材料、碳化物形成元素、稀土、非金属元素等在金属结合剂的作用及其影响机理。 关键词：金刚石工具，金属结合剂，合金元素 Research advances of adding alloying elements in the bond of metal matrix diamond tools Si Weizheng Yuan Hui Zhang Fenglin Wang Chengyong (Faculty of Mechanical&Electronic Engineering,Guangdong University of Technology,Guangzhou510006,China) Abstract：In this paper the advances of several kinds of alloying elements added in the bond of metal matrix diamond tools are summarized.The effect and working mechanism of skeleton material,carbide-forming elements,rare-earth and non-metallic elements in the bond are discussed. Keywords:diamond tools,metal bond,alloying elements 1.引言 金刚石由于其极高的硬度被广泛应用于地质勘探和脆硬材料的切割、磨削及抛光等领域。在最常用的金属基金刚石工具中，金刚石是切削元件，金属胎体用来固结切削元件，并使之有适当的出刃。因而要求金刚石工具胎体既要能牢固粘结金刚石又要与其磨损“匹配”。而胎体的性能主要取决于胎体材料的成分及其微观结构。 在保证烧结质量的前提下，添加不同的合金元素可以提高胎体的力学性能以及改善结合剂和金刚石界面结合状况。本文对组成金属结合剂胎体中添加的骨架材料、强碳化物形成元素、稀土元素以及非金属元素等的研究进展进行综述。 2骨架材料 骨架材料一般是具有高熔点、高硬度的粉末材料，如WC、W2C、TiC等，也有用难熔金属W和Mo代替WC等使用。骨架材料加入的主要目的是提高工具胎体的硬度和耐磨性，也有些可以起到提高韧性的作用。在胎体合金中掺入少量TaC、NbC能阻碍碳化物相的再结晶，细化合金晶粒，提高合金的硬度和抗弯强度等性能[1]。SiC也可作为一种骨架材料加入到胎体
【CN109877718A】一种金属基金刚石砂轮及其制造方法【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910261723.X (22)申请日 2019.04.02 (71)申请人 东北大学 地址 110819 辽宁省沈阳市和平区文化路3 号巷11号 (72)发明人 王聪 范永刚 (74)专利代理机构 沈阳东大知识产权代理有限 公司 21109 代理人 宁佳 (51)Int.Cl. B24D 3/06(2006.01) B24D 18/00(2006.01) (54)发明名称一种金属基金刚石砂轮及其制造方法(57)摘要本发明的一种金属基金刚石砂轮及其制造方法，砂轮包括钢芯和磨料圈，磨料圈按质量百分比由以下组分制备而成：金刚石磨料35～55％，金属结合剂40～55％，辅助粘结剂5～15％；金属结合剂含有成分质量百分比为：Cu粉50～60％，Sn粉30～45％，Ti粉5～10％。制法为：按磨料圈配比，各成分混匀后，与辅助粘结剂混匀，烘干，过筛与成型后，在惰性气体气氛下烧结，以5～15℃/min的升温速率升温至烧结温度，烧结20～60min后，冷却制得磨料圈坯体，与钢芯粘合，制得金属基金刚石砂轮。该方法烧结时间短，制备的砂轮在工作过程中具有良好热导率和较大容纳金属屑和磨料的空间，高速磨削过程中不易堵塞，磨削锋利，磨削精度高，且具有自锐 性。权利要求书2页 说明书6页CN 109877718 A 2019.06.14 C N 109877718 A
权 利 要 求 书1/2页CN 109877718 A 1.一种金属基金刚石砂轮，其特征在于，包括钢芯和磨料圈，其中，所述的磨料圈按质量百分比由以下组分制备而成：金刚石磨料：35～55％，金属结合剂：40～55％，辅助粘结剂：5～15％；所述的金属结合剂含有成分的质量百分比为：Cu粉50～60％，Sn粉：30～45％，Ti粉：5～10％。 2.根据权利要求1所述的金属基金刚石砂轮，其特征在于，所述的钢芯和磨料圈通过树脂胶粘结剂结合。 3.根据权利要求1所述的金属基金刚石砂轮，其特征在于，所述的磨料圈孔隙率为25～40％。 4.根据权利要求1所述的金属基金刚石砂轮，其特征在于，所述的金刚石磨料，Cu粉，Sn 粉和Ti粉的粒径范围均为40～75μm。 5.根据权利要求1所述的金属基金刚石砂轮，其特征在于，所述的辅助粘结剂为丙烯酸乳液。 6.根据权利要求1所述的金属基金刚石砂轮，其特征在于，所述的砂轮宏观硬度为80～105HRB，冲击韧性为0.10～0.13J/cm2，干摩擦载荷为50N，时间为5min时，质量损失为5～20mg。 7.权利要求1所述的金属基金刚石砂轮的制造方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1，混料： (1)按金属基金刚石砂轮的成分配比，将金刚石磨料、Cu粉、Sn粉和Ti粉混合均匀，制得混合料A； (2)按金属基金刚石砂轮的成分配比，将辅助粘结剂与混合料A混合均匀，制得混合料B； 步骤2，烘干： 将混合料B烘干到按质量比，烘干后的混合料B：烘干前的混合料B＝90～95％； 步骤3，过筛与成型： 将烘干后的混合料B过筛，过筛目数为20～100目； 步骤4，成型： 将过筛后的混合料B进行压制成型，压力为40～120MPa，保压20～70min，制得磨料圈生坯； 步骤5，烧结： (1)将磨料圈生坯，在惰性气体气氛下烧结，以5～15℃/min的升温速率，从室温升温至烧结温度850～1050℃，烧结时间20～60min； (2)烧结后冷却至≤40℃出炉，制得磨料圈坯体； 步骤6，粘结： 将磨料圈坯体与钢芯粘合，去除毛边，修整成型，制得金属基金刚石砂轮。 8.根据权利要求7所述的金属基金刚石砂轮的制造方法，其特征在于，所述步骤2中，通过加热方式进行烘干，加热温度为40～60℃，烘干保温时间为0.5～1h。 9.根据权利要求7所述的金属基金刚石砂轮的制造方法，其特征在于，所述步骤4中，压制成型在室温下进行。 10.根据权利要求7所述的金属基金刚石砂轮的制造方法，其特征在于，所述步骤5中， 2
全面金刚石工具基础
全面金刚石工具基础 1.1金刚石的成份：
早在公元1世纪的文献中就有了关于金刚石的记载，然而，在其后的1600多年中，人们始终不知道金刚石的成分是什么。直到18世纪的70至90年代，才有法国化学家拉瓦锡(1743~1794)等人进行的在氧气中燃烧金刚石的实验，结果发现得到的是二氧化碳气体。证明了组成金刚石的材料是碳。 1.2金刚石和石墨的区别 石墨和金刚石都属于碳单质，但金刚石和石墨不是同种物质，它们是由相同元素构成的同素异型体. 所不同的是物理结构特征。二者的化学式都是c ,石墨原子间构成正六边形是平面结构，呈片状。金刚石原子间是立体的正四面体结构，呈金字塔形结构。正是这种致密的结构，使得金刚石具有最大的硬度。换句话说，金刚石是碳原子被挤压而形成的一种矿物。 1.3金刚石的硬度 金刚石的硬度一般用莫氏硬度来表示，其硬度值为10 。显微硬度10000kg/mm2,显微硬度比石英高1000倍，比刚玉高150倍。依照莫氏硬度标准(Mohs hardness scale)共分10级，钻石(金刚石)为最高级第10级；如小刀其硬度约为5.5、铜币约为3.5至4、指甲约为2至3、玻璃硬度为6。 1.4工业金刚石
金刚石由其生成方式分为天然金刚石和人工合成金刚石，用于金刚石工具制作的一般是人工合成金刚石。也称作工业金刚石。其密度为 3.52g/cm3, 其质量单位一般情况用“克拉”表示，1克拉=0.2克。人造金刚石的粒度(颗粒大小)一般用“目”表示。人造金刚石常见粒度为25/30、30/40、40/45、45/50、50/60、60/70… … 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。 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。
金属结合剂金刚石砂轮制造技术新发展
序考排排按选择小粗糙弧粗排排流束排给选排排考业选排给 算佳四川红算花岗莫氏别则江苏省鉴处 1PROGRESS AND NEW CONCEPT OF THE FABRICATION TECHNIQUES OF METAL BONDED S UPERABRASIVE GRINDING WHEEL 苏宏华徐鸿钧 弧阶段亦受亦纯远他阶段粗考排排考按束 Su Honghua Xu Hongjun 弧Nanjing U nive rsity o f A eronautic s and A stronautics拟Nanjing粗考排排考按拟China束锋利序且消莫氏耗完没继补宏华某算佳四川红算花岗莫氏别则带减牺牲备还汲虑须看预估途算佳四川红径算花岗继只常脱落每颗参促莫氏清J清胎落每绪护P x F牺O处拟会春途消季讲演江苏东徐鸿莫氏钧银简职带减牺博士拟院@收稿编江苏辑王牺型孔陶拟且瓷途隙消季讲演江苏引入易四川莫氏刃便点践牺拓省别则算佳四川红宽领继只莫氏域经人电牺点热没静践虑 牲备压序莫氏行算花岗行算佳四川红行讲演行莫氏钧银行常脱落每 步认@识首序先充肯给文献标识码序定 Abstr act序似组织必组势解决无传统尤传必值传注无势解意势解注织值传传更更势容传统解意注无势解意势解注传容容势决势传解决屑势尤必值传次传屑精无组特更传系势解容统特无势决统必势组解组容系传必统更特组解意传意意势统系组解意注无势解意势解注织值传传更1极解必值势尤精统精传无拟系传统尤约无传尤统解意系传决值统解势尤系尤势系精无组%势解注必值传特组解意势解注尤必无传解注必值特传必织传传解意势统系组解意统解意系传必统更特组解意统尤织传更更统尤统系传更势组无统必势解注必值传决统精统特势更势必屑组容必无约势解注统解意意无传尤尤势解注织传无传尤约系系统无势最传意1先值传统精精更势决统必势组解组容值势注值必传系精传无统必约无传特无统最势解注必传决值解组更组注屑统解意必值传尤必约意屑无传尤约更必统特组约必组精必势系势最统必势组解意传尤势注解组容必值传注无势解意势解注织值传传更织传无传意传尤决无势特传意1先值传意势尤统意%统解必统注传尤组容决约无无传解必必传决值解组更组注屑织传无传系传解必势组解传意统解意统解统更屑最传意平先值传势意传统容组无容统特无势决统必势组解组容必值传解传织注传解传无统必势组解组容系传必统更特组解意传意意势统系组解意注无势解意势解注织值传传更织统尤精约必容组无织统无意拟织值势决值势尤必组约尤传值势注值必传系精传无统必约无传特无统最势解注必传决值解组更组注屑势解容统特无势决统必势组解组容系约更必势更统屑传无系传必统更特组解意传意意势统系组解意注无势解意势解注织值传传更特统尤传意组解势解解组%统必势%传势意传统组容织值传传更意传尤势注解平 Key wor ds序注无势解意势解注织值传传更行意势统系组解意行系传必统更特组解意传意行特无统最势解注行织值传传更必组精组注无统精值屑行特组解意势解注尤必无传解注 工具寿命与加工效率是金属结合剂金刚石砂轮的主要性能指标。就影响因素而言拟算佳四川红径算花岗继只牺常脱落每牺参缓某脆助件去耗完牺牲备除单拟算佳四川红算花岗莫氏我隙清J清胎某九件宏华且消牺十利项广虑 须看院预估算佳四川红径算花岗继只常脱落每颗参促莫氏清J清胎落每绪护P x F O处牺型孔陶拟会春途消季讲演江苏东徐鸿莫氏钧银简职带减牺博士拟且瓷隙消季讲演江苏引入易四川莫氏刃便点践牺拓省别则算佳四川红宽领继只件去域经人电牺点热虑 1结合剂对磨料把持能力增强 在传统的金属结合剂金刚石烧结砂轮的制造中拟泛利粉明P识件供界需厚维稿继只常脱落每牺颗参虑低某水就院足四负只步荷九牢固牺先势弧先势似粗束促住无促般装甲单复板考包流括拟凯某福拉算花岗锯F算佳职拟院继只锯F 切陶先势促住无复牢固算佳钻卓越牺川算切滑板给包按括拟福拉卓越院消季足四拉口步鸿算花岗继只没算佳四川红牺崩东鸿边见拟回答院继只没算佳四川红何够博职他各算四川拟且消算佳四川红径继只牺常脱落每虑拍摄征M 牺带减照粉徐途征M牺算佳四川红片x拟条状外牺细棱柱位编条长积拟网细棱四挥型须低纤拟示个企件供界需总且消四川红径继只牺常脱参第虑 院B颗参累模带减步拟建柱带减照福拉建仿献已@收x浩拟已烟答院算佳四川红步牢固甲单@海征少导稿价拟示院算花岗根恐献怕牢固甲单共立拟体序算花岗锯F考序牺颗远拟牢固甲单排按选择小粗拟M糙糙弧流束弧牺给业@收算佳状答途牢固甲单够博牺四职给牺川院虑位红花岗个企牢固甲单鸿算花岗鉴莫职他崩东拟莫博四职给拟福拉个企四职给氏引拉别滑拟绪护算佳四川红径算花岗继只牺则江拟苏算花岗继只鸿算佳四川红够博职他各算四川虑红拍引省鉴处阶段亦低 粗排排流受择纯算花岗鸿继只继去件口定约注1粗排排流总第考流按远第给远他势统系组解意拟定特无统尤势%传尤锋解注势解传传无势解注利传无势统更1考流按且组1给1国家自然科学基金资助项目弧小排考肯小排小粗束