預合金粉末在金剛石工具燒結中的釬焊作用

　　

 

　　摘要 通過增加鈷、鎳、鉻、鈦的比例可以提高胎體對金剛石的把持力，從而達到提高金剛石工具壽命的目的，但是過硬的胎體降低工具的切削效率。為解決壽命和效率的矛盾，采用預合金粉末替代單質金屬粉加入胎體粉中熱壓燒結，使得胎體粉和金剛石顆粒之間形成釬焊連接。簡述了金剛石工具中人造金剛石的存在狀態，分析了金剛石從出刃、刻劃、切削、磨損、暴露、破碎到脫落的使用壽命過程，指出工具使用中大量的金剛石并非磨損失效，而是以破碎、脫落形式流失。

 

　　預合金粉末中含有強碳化物形成元素，預合金粉與金剛石的親和力強，在燒結過程中可以實現胎體與金剛石的釬接，使金剛石的出刃高度大大提高；預合金粉的熔化溫度區間與燒結溫度相匹配，避免了刀頭的毛刺、飛邊，減小裂紋發生傾向。

 

　　使用預合金粉末作為金剛石工具胎體的結合劑，易于調整胎體性能，使之更適宜于加工對象，同時由于預合金是預先熔煉成合金，然后猜制成粉末的，所以每顆粉末中都包含了組成合金的各種金屬元素，這比機械混合多種單質金屬粉末要均勻、可靠的多。

 

　　預合金粉末的主要特性有：預合金粉末熔化區間窄，在一定燒結溫度下應能剛好濕潤金剛石，而在壓力作用下又能流動；在熱壓過程中，預合金粉末熔化為液態與骨架金屬反應，有利于增強胎體的力學性能，又不會形成低熔脆性相；在金剛石工具正常的工作溫度下，預合金粉末不會重熔或形變，保證了粘結層能夠承受胎體中硬質顆粒（骨架成分和金剛石）傳給它的應力而不產生變形或松動；預合金粉末中不含易揮發和易氧化單質元素，采用預合金粉末制造的金剛石工具，提高了胎體的致密性和均勻性，從而改善了胎體的磨損狀態。

 

　　釬焊連接可以提高金剛石燒結體的使用壽命。預合金粉末對金剛石的釬焊連接是基于在金剛石上形成碳化物的條件下的，但是碳化物的形成是一個原子擴散遷移的緩慢過程，需要在一定的溫度下保持較長時間，為了實現這種擴散，金剛石燒結體必須采用是熱壓燒結或者冷壓——真空燒結工藝。

 

　　金剛石工具熱壓時，需要一定的溫度、壓力和時間，其目的就是胎體材料中復雜銅合金中的碳化物形成元素（鉻、釩、鈦等）與金剛石界面形成極薄的碳化物，這樣就產生了金剛石與金屬胎體的擴散釬焊結合。在空氣中鉻、鈦、釩容易氧化失去作用，結合劑中的鐵、鈷、鎳元素容易引發金剛石石墨化，所以必須采用真空熱壓或氣保護熱壓。國內外大量研究表明：金剛石形成碳化物的*低溫度是620℃，而人造金剛石在760℃開始（即使在真空條件下），也會出現不同程度的強度下降。所以在滿足釬焊連接條件的前提下，盡量避免金剛石品質下降，選取合理的熱壓溫度和時間是關鍵技術。