金刚石工具用胎体粉末的研究(PPT-34)

着重效率 锋利型 低熔点相，硬脆相，“掺杂”，残留孔隙……
着重寿命 寿命型
固溶强化，析出相强化，弥散强化……
胎体特性之一 耐磨性
水雾化Follow400粉末X射线衍射线谱
▲ Fe-Ni固溶体 ● Cu-Sn化合物
胎体特性之一 耐磨性
水雾化Follow500粉末X射线衍射线谱
▲ Ni-Cr固溶体 ● Ni-B化合物
胎体特性之一 耐磨性 研究案例
粉末 类别
预合 金化 粉末
粉末名称 理论 密度 g/cm3
Follow100 8.15
烧结 温度 ℃
800
Follow200 8.70 720
烧结密 硬度 度g/cm3 HRB
8.0
106～109
8.6
96～98
平均体 积磨损 量cm3
0.1555
平均体 积磨损 率%
S1 ——金刚石颗粒半径(mm)
能 原因之一
E2 ——胎体的弹性模量（GPa）
S2 ——包镶金刚石的胎体半径(mm)
Fe
Co
Ni
Cu
910℃
445℃
γα f,c,c b,c,c 不增容
βα
f,c,c h,c,p
增容
Co优良性 能
原因之二
无相变
无相变
胎体特性之二 把持性
冶金结合力
研究案例
第四周期的过渡族元素与碳形成碳化物的能力 Ti V Cr Mn Fe Co
磨料 粘着 疲劳 冲蚀 腐蚀 微动
模拟磨损试验 可提供相互比较的参考数据
胎体特性之一 耐磨性 评价方法
自制的磨料磨损装置
1.配重：19.6N 2.试样：尺寸40×10×6 3.转轮：边缘线速度：30m/s 4.泥浆：水和磨料SiO2
SiO2粒度：D50130μm 浓度：0.4kg/L 流量：7.5L/min 5.搅拌叶片 6.泥浆泵 试验时间:8分钟
金刚石工具用胎体粉末的研究
罗锡裕 麻洪秋 丁士安
目前金刚石工具（孕镶式） 加工
硬脆材料
➢切割 ➢➢切钻割进 ➢➢钻磨进抛 ➢磨…抛… ……
PDC、PCD、CVD等产品
加工
石材 建材 混凝土 沥青 陶瓷
……
金属材料
主市场 正在发展
本报告主题
如何开发、评价胎体粉末
（重点合金粉末）
胎体五大特性
耐磨性 把持性 安全性 烧结性 压制性
7.8
0.1396 6.9
Follow400 8.05 740 7.95
108～110 0.2329 11.6
相应 Mix100 8.15 880 7.95 成分 的单 元素 Mix200 8.70 810 8.6 粉末 混合 Mix400 8.05 840 7.95 粉
104～106 0.2794 13.9
胎体特性之一 耐磨性
水雾化非晶粉末X射线衍射线谱
原始非 晶粉
800℃烧 结物相
胎体特性之二 把持性
首要特性
必要特性
胎体的 耐磨匹配性
金刚石的 胎体与金刚石 合理应用 的界面效应
技术含义
重要课题：如何使金刚石 颗粒使用1/2甚至2/3之后 再脱落，用什么力把持？
机械把持力
冷却收缩包镶 力，与胎体弹 性模量有关
制备方法
粉末 特性
平均粒度 （微米）
氧含量％
生产 特性
粉末形状 可调成分范围
生产效率 对环境污染 相对生产成本
水雾化法
Cu基：8~10 Fe基：12~15
Cu基：0.2~0.3 Fe基：0.3~0.35
不规则形状 宽 高
较小 较低
氧化物共沉淀还原法
2~5
0.5~1.0
海绵状 较窄 较低
较大（需治理） 较高
直接使用特性 生产工艺特性
制备合金胎体粉的两种主要方法
水雾化法
金属或合金原料
熔炼
雾化
脱水，干燥
合批，包装
筛分，检验
化学法-氧化物共沉淀还原法
金属盐溶液
草酸盐混合液
包装
检验
草酸 气流粉碎
共沉淀 合金粉
退火（还原） 过滤，水洗 干燥，脱氧
不同工艺粉末形貌比较
化学法
水雾化法
烧结扩散粉
超细Fe粉
两种方法制作合金粉末特性的对比
Follow100
胎体硬度
Follow100
耐磨性
Follow400
高
Follow400
低
胎体特性之一 耐磨性 研究案例
❖ 耐磨匹配性，是胎体的首要特性。适宜的耐磨匹配性，加工效 率高，使用寿命长
含硬脆相胎体，一般 硬度高，抗弯强度高 但冲击韧性低，适于 “锋利型”
加
加
工 效
往往矛盾
工 寿
率
命
被强化的固溶体，抗 弯强度不很高，但冲 击韧性好，适于“寿 命型”
冷却相变增容 包镶力，胎体 有相变，且体
积增大
冶金把持力
胎体与金刚石 界面有反应， 能生产冶金结
合力
通过金刚石 镀层，保护 金刚石或与 胎体形成冶 金结合力
胎体特性之二 把持性 评价方法
直接方法
❖粘接拉伸试验
间接方法
❖抗弯试验
★★★ 胎变金 体更刚 致胎石 密体状 化态 烧相 结同
❖测定出刃高度 用偏光或普通显微镜，测定一个区域内金刚石颗粒的出刃高度
Fe
在较高温度烧 结，会侵蚀金 刚石，使单元 素Fe变为Fe合 金，会改善这 一现象
Co
在烧结温度下， 会生成Co3C 的冶金结合层， 有利于提高把 持力
Co优良性 能
原因之三
Ni 机械包镶
Cu 机械包镶
胎体特性之二 把持性 研究案例
冶金结合力
金刚石镀层是保护金刚石或形成冶金结合的有效手段
金刚石镀钛层的XRD谱线
胎体特性之一 耐磨性 技术含义
过高
和被加工材料 相匹配的 耐磨性
适宜
胎体很难超前磨损 加工效率低下 甚至不能加工
加工效率高 工具寿命长
过低
胎体过快磨损 金刚石过早脱落
工具寿命下降
胎体特性之一 耐磨性 评价方法
被加工物的多样性 加工方式的差异性 加工参数的可变性
胎体耐磨匹配性，目前还很难 பைடு நூலகம்过力学性能定量评定
空白胶带的XRD谱线
衍射峰 1 2 3
2θ/° 35.88 41.50 43.44
TiC晶面 {110} {200} {111}
❖统计脱落坑
目测或用放大镜，统计一个区域内金刚石脱落数量
胎体特性之二
机械把持力 ❖冷却收缩包镶力
胎体 金刚石
把持性 研究案例
热装工件弹性力学公式
c /(S2 / S1E1 1/ E2 )
c ——胎体冷却收缩对金刚石的把持力(GPa)
——胎体收缩变形率
❖冷却增容相变包镶力
E1 ——金刚石的弹性模量(GPa) Co优良性
94～97
0.2865 14.3
106～108 0.2938 14.7
预合金粉末及相应成分单元素粉混合粉的物性和耐磨性
胎体特性之一 耐磨性 研究案例
Follow100 Follow200 Follow400
Follow200
低
Follow200
高
Mix100 Mix200 Mix400
耐磨性提升
44% 52% 21%