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    金剛石工具中用常見的粉料及特點

    金剛石工具中用常見的粉料及特點

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      石墨邦,國內首家碳石墨全產業鏈電商平臺,涵蓋 石墨烯、鱗片石墨、土狀石墨、可膨脹石墨、石墨紙、負極材料、等靜壓石墨、石墨電極、碳纖維以及人造金剛石共十大產品。

      金剛石工具的原材料,除金剛石之外,其它主要為粉末,這些粉末可以是金屬、非金屬,也可以是合金、化合物。金剛石工具采用的粉末,不僅僅對化學成分有一定的要求,而且對粉末顆粒的大小、形狀、松裝比重、壓制性、燒結性等也有不同的要求,這取決于金剛石工具的用途、品種、生產工藝等因素。

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      常見的金屬粉料及特點

      (A) 銅粉:電解法制取,顆粒形態為樹枝狀,玫瑰紅色,氧化后顏色發暗,嚴重時變成黑色粉末。作為結合劑材料,銅粉的主要優點有:電解銅粉成型性好,廣泛用于冷壓成型后燒結;純銅對碳化物和骨架材料的相容性很好,如W、WC;銅可與Sn、Zn、Mn、Ni、Ti等制成性能優異的合金,價格遠低于鈷粉。

      (B)鐵粉:有還原鐵粉、電解鐵粉和羰基鐵粉,顧名思義還原鐵粉用還原法制取 ,電解鐵粉電解法制取,羰基鐵粉通過熱離解羰基化合物制取。作為結合劑材料,鐵粉的優點有:價格低,與金剛石有好的潤濕性;與骨架材料(WC)的相容性很好;一定溫度燒結時鐵對金剛石的輕度刻蝕并不損失金剛石的強度,反而會提高金剛石在胎體中的把持力??涛g作用實質是金剛石中的碳原子溶入鐵中并向其中擴散的過程,金剛石未發生結構及強度變化。

      (C) 鈷粉:不規則海綿狀,還原法制取,作為粘結劑,其綜合性能最好。是一種優異的粘結劑材料,國外發達國家用的較多,其主要優點有:優良的成型性和可燒結性;可使胎體的抗彎強度提高;和金剛石的粘結力大,潤濕性好;胎體的韌性好、自銳性好。由于價格昂貴,國內以鐵代鈷的研究很多,選擇合適的粉末、合理的燒結工藝可獲得鈷基粘結劑相似的性能。

      鈷的缺點是:價格昂貴;松裝密度太小,易造成投料困難。另外使壓制磨具設計寬度和高度變大,手裝料熱壓模具高度加大,從而使模具成本提高。

      (D) 鎳粉:不規則樹枝狀,電解法制取。優點:適于制作重載荷下作用的工具,具有出色的強韌性;可以減少鐵銅基胎體的燒結損失(銅鎳無限互溶);鎳與鐵、鈷搭配可以得到另人滿意的綜合性能,如小的變形和適度耐磨性。接近或達到鈷基胎體的性能。

      (E) 錫粉:顆粒呈滴狀,灰白色粉末,易氧化,氧化后呈黃色,霧化法制取。錫粉在粘結劑中的作用是:改善胎體的可燒結性(降低熔點);易形成金屬間化合物,可以改善磨損性能和變形性;適宜添加到壓制成型胎體中,燒結熔化后的毛細現象使胎體收縮,從而增加胎體的致密性;降低液態合金的表面張力,改善合金對金剛石的潤濕性。其缺點是:加入量太多,易造成流失。

      (F) 鎢粉:青黑色,微米級粉末,還原法制取,鎢與銅、鐵、鈷、鎳都有較好的相容性;燒結時在金剛石表面生成WC,但金剛石表面不發生石墨化;增加胎體的耐磨性,減少變形;作為骨架材料,耐磨性不如WC,但可使胎體的韌性增加。不足是燒結坯的空隙度較大,要提高燒結的密度必須提高溫度和壓力

      (G)碳化鎢: 黑色,無機械夾雜物,多孔海綿狀,還原法制取。須化驗雜質硫含量,硫易導致燒結斷面發黑(燒結時生成硫化物),大大降低刀頭的強度。鎢和碳化鎢主要作為骨架材料加入胎體中,以提高胎體的耐磨性,含量過高易使胎體的脆性加大。

      金剛石工具用粉介紹

      Fe的價格低廉,且對金剛石有較好的潤濕性和把持力,是金剛石工具中應用量最大的基本材料,與其配合應用的其它有色金屬粉末的消費量也相當可觀。近期有色金屬的價格節節攀升,尤其是Cu、Sn、Ni的價格迅猛上漲,導致金剛石制品制作成本大幅度上升,而制品價格卻不能與原材料價格同步提高,這就給工具生產商帶來了巨大的成本壓力,尤其是規模大的生產廠商其生產成本壓力更大。因此,尋求有效降低生產成本的技術經濟途徑,是工具制造商面臨的一個重要課題。

      眾所周知,Co是目前現有的各類金屬中綜合性能最好的結合劑,但因其價格昂貴,人們在不斷探尋低Co或無Co的技術途徑,以降低生產成本。目前,除高檔工程薄壁鉆的Co應用比例較高外,其它各類金剛石工具中Co的應用比例在不斷下降,但Cu、Sn、Ni的應用比例依然較高,尤其是Ni的價格漲幅較大,大幅度提高了金剛石工具的生產成本。

      因此,如何降低Ni的應用比例,以降低生產成本,也是擺在人們面前的一個現實課題。水霧化法制備的FeNi30合金粉末具有良好的綜合性能,價格僅為單質Ni粉的不足一半,可在部分金剛石工具產品中替代一定比例的單質Ni粉,以此降低生產成本。

      由于Ni具有良好的綜合性能,在花崗巖及水泥鋸片中通常加入不同比例的Ni,以改善低熔點料的流動性及均勻性,提高燒結胎體的組織均勻性、致密化程度、燒結硬度、燒結強度、韌性及耐磨性。Ni的線脹系數為13.5×10-6J/℃,比Cu小,較Fe、Co略大,與金剛石差異不很大;1550℃下,液態Ni對金剛石的潤濕角為57,不如Fe,但比Co好,在石墨表面的附著功為270.4×10-6J/cm2,比Co高,比Fe低。液態Ni達到一定數量時,可在金剛石或碳纖維表面形成一層極薄的均勻鋪展的Ni膜,且附著功較大,這說明其對金剛石表面的粘結力很大。Cu和Ni可無限互溶,Ni可以起固溶強化作用;作為一種有效的表面活性物質,加入少量的Ni能改善Cu對金剛石的潤濕性,促進燒結胎體的致密化進程,強化基體對金剛石的機械包鑲強度,從而有利于提高工具的鋒利度和使用壽命。

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