金刚石工具胎体中铁(Fe)元素的作用
金刚石工具分类及属性
金刚石工具的分类及属性Diamond Tools 金刚石工具是指用结合剂把金刚石（一般指人造金刚石）或者立方氮化硼制作成一定形状、结构、尺寸，并用于加工的工具产品。
金刚石工具如果按照用途分，可以分为金刚石磨削工具、金刚石锯切工具、金刚石刀具、金刚石钻探工具、修整工具和拉丝模等。
在上一篇《超硬磨具的分类及属性》中，这里把超硬磨具也就是金刚石磨削工具独立出来了，其余的归入本分类中。
以下是详细的分类及属性。
如图1所示，金刚石工具目前在这里被分为9个二级分类和24个三级分类。
针对产品数量众多的产品，比如金刚石锯片和，金刚石绳锯、线锯和金刚石刀具等添加了属性，对于数量少的目前只给出了商标和型号两个属性，具体如下：一、Diamond Saw Blades 金刚石锯片金刚石锯片一般是指金刚石圆锯片（Circular Saw Blades ），但金刚石带锯（Band SawBlades ）和金刚石排锯（Gang Saw Blades ）也应归属于金刚石锯片。
金刚石锯片是一种切割工具，广泛应用于石材，陶瓷等硬脆材料的加工。
金刚石锯片主要由两部分组成；基体与刀头。
基体是粘结刀头的主要支撑部分，而刀头则是在使用过程中起切割的部分。
金刚石锯片可以按照工艺分，也可按照外观或者应用分类。
在本文，这些被作为属性来定义一款金刚石锯片。
Style 外观：Continuous Rim 连续式、Contour Blade 轮廓切割、Ring Saw 环锯片、Segmented 节块式、Turbo 涡轮形、Tuck Point 开槽片、Other；Weld Type 工艺：Sintered 烧结、Brazed 焊接、Laser Brazed 激光焊接、Electroplated 电镀、Other；Diameter 直径：收集了100mm-900mm的常见金刚石锯片直径供用户选择；Sawing Condition 应用环境：Dry 干切、Wet 湿切、Wet / Dry 干湿两用；Concentration 浓度：200%、150%、125%、100%、75%、50%、25%Materials Sawed 应用材料：Asphalt 沥青、Brick 砖块、Concrete 混凝土、Granite 花岗岩、Glass 玻璃、Marble 大理石、Porcelain 瓷器、Refractory 耐火材料、Stone 石头、Slate 石板、Tile 瓷砖、Universal 通用、Other应用材料属性可以让供应商选择多个，但我们不建议每次都全选，可以根据实际情况选择，如果适用于多种材料，建议直接选择Universal 通用。
各种金属元素在钢中的作用
各种金属元素在钢中的作用1.铁（Fe）：铁是钢的主要成分，赋予钢良好的强度和塑性。
纯铁本身并不适合作为结构材料，但与其他元素合金后可形成钢，使其具有更高的强度和耐用性。
2.碳（C）：碳是钢中最重要的合金元素之一、适量的碳能提高钢的硬度和强度，增加其耐磨性和耐蚀性。
其中，碳含量在0.02%至2.1%之间的钢被广泛应用。
3.锰（Mn）：锰能够提高钢的硬度和韧性，使钢更加耐磨和耐冲击。
锰还可以与硫、磷等杂质结合，形成易于熔化的夹杂物，从而提高钢的可塑性和加工性能。
4.硅（Si）：硅在钢中作为脱氧剂，能够有效降低钢中的氧含量，从而减少气孔和夹杂物的形成。
硅对钢的强度和塑性影响有限，但有助于改善钢的耐腐蚀性能。
5.磷（P）：磷的掺入可以提高钢的硬度和抗拉强度。
然而，高磷含量会降低钢的可塑性和韧性，并增加冷脆倾向。
因此，磷含量通常应控制在较低水平。
6.硫（S）：硫主要存在于原材料中的钢中，并往往是不可避免的。
过高的硫含量会导致钢的脆化和冷脆倾向。
因此，控制硫含量对于保证钢的可锻性和韧性至关重要。
7.铬（Cr）：铬是不锈钢中的主要合金元素之一，能够形成耐蚀的氧化层，提高钢的耐腐蚀性能。
铬还可以增加钢的硬度和强度，同时改善钢的高温强度和抗氧化性能。
8.镍（Ni）：镍可以提高钢的韧性和可塑性，改善冷加工性能。
镍还能增加钢的耐腐蚀性能和高温强度，使钢具有更好的抗剪切、耐磨和耐腐蚀性能。
9.钼（Mo）：钼能够提高钢的强度和韧性，特别是在高温下。
钼还能增加钢的耐腐蚀性能、抗磨性和切削性能，因此常用于制造高速钢和高温合金。
10.钛（Ti）：钛能够提高钢的耐高温性能和抗腐蚀性能。
钛还能够与氮结合形成细小的碳化钛，提高钢的硬度和强度。
由于钛的昂贵和难处理性，其含量通常较低。
除了上述主要的金属元素外，钢中还可能含有其他元素，如铜、铝、氮等，它们也会对钢的性能产生影响。
这些元素的含量、相互作用和加工过程都将影响到钢的力学性能、耐蚀性能、可加工性等特性。
极端顶点设计在热压金刚石工具胎体配方试验中的应用
34
金刚石与磨料磨具工程
总第 164期
具破碎不同材料的要求 ,胎体中还加入一定量的 Mo、 Si、B、Ti、Cr等金属粉末 。所以 ,金刚石工具胎体是由 多种金属粉末以一定比例混合组成的 。金刚石工具胎 体试验研究 ,则是通过改变胎体配方中金属粉末比例 来进行试验 ,来探索胎体各成分含量变化对其机械性 能如硬度 、耐磨性 、抗弯强度等的影响及其影响规律 , 以期获得所需胎体性能的优化配方 ,以指导实际生产 应用 。
集所构成的混料试验设计称为极端顶点设计 。
下面将通过金刚石工具铁基胎体配方试验实例 ,
来介绍极端顶点设计的应用与求解 。
2 试验设计
为了研究铁基胎体配方中铁的含量变化对胎体性
能的影响 , 以及磷的合适添加量 , 并探索镍 、钴等金属 与铁的组合比例和影响规律 ,选取铁 、磷 、镍 、钴元素含 量为因素 ,进行胎体配方试验 。其中 ,铁作为主要材料 , 其含量范围选定为 34% ～50% ,磷为微量添加元素 , 其 含量范围选定为 0% ～11% , 镍的含量范围为 8% ～ 18% , 钴的含量范围为 4% ～9% ; 其余元素如铜 、锡 、 钛 、锰等含量为固定量 , 其总含量为 33% 。将固定量和 钴含量合在一起构成一变量 , 则胎体配方试验总百分 比为 1的四因素试验 : Fe ( x1 ) 34% ～50% , P ( x2 ) 0% ～ 11% , N i( x3 ) 8%～18% , Co +固定量 ( x4 ) 37%～42% ;并 选取胎体的洛氏硬度 (HRB 值 ) 为试验指标 y。
该试验的目的是要建立试验指标 y与混料配方中 的各组分 xi 的回归方程 , 并利用回归方程来求取最佳 配方 。混料约束条件 (各组分和为 1) 决定了混料配方 设计中的数学模型 , 不同于一般回归设计中所采用的 模型 ,即它没有常数项和平方项 , 只有一次项和交互 项 。本试验为四因素试验 ,只考虑任意两因素间的交互 作用 ,则选取四因素二次多项式的回归模型 ,如下 :
金刚石工具中用常见的粉料及特点
金刚石工具中用常见的粉料及特点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。
1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。
（B）铁粉：有还原铁粉、电解铁粉和羰基铁粉，顾名思义还原铁粉用还原法制取，电解铁粉电解法制取，羰基铁粉通过热离解羰基化合物制取。
作为结合剂材料，铁粉的优点有：价格低，与金刚石有好的润湿性；与骨架材料（WC）的相容性很好；一定温度烧结时铁对金刚石的轻度刻蚀并不损失金刚石的强度，反而会提高金刚石在胎体中的把持力。
刻蚀作用实质是金刚石中的碳原子溶入铁中并向其中扩散的过程，金刚石未发生结构及强度变化。
（C）钴粉：不规则海绵状，还原法制取，作为粘结剂，其综合性能最好。
是一种优异的粘结剂材料，国外发达国家用的较多，其主要优点有：优良的成型性和可烧结性；可使胎体的抗弯强度提高；和金刚石的粘结力大，润湿性好；胎体的韧性好、自锐性好。
由于价格昂贵，国内以铁代钴的研究很多，选择合适的粉末、合理的烧结工艺可获得钴基粘结剂相似的性能。
钴的缺点是：价格昂贵；松装密度太小，易造成投料困难。
另外使压制磨具设计宽度和高度变大，手装料热压模具高度加大，从而使模具成本提高。
（D）镍粉：不规则树枝状，电解法制取。
优点：适于制作重载荷下作用的工具，具有出色的强韧性；可以减少铁铜基胎体的烧结损失（铜镍无限互溶）；镍与铁、钴搭配可以得到另人满意的综合性能，如小的变形和适度耐磨性。
冶金铜基金刚石工具研究进展.
冶金铜基金刚石工具研究进展金刚石具有极高的硬度、极强的耐磨性和优良的物理机械性能。
以金刚石颗粒为磨料，与金属胎体经过混合烧结工艺制取的金刚石工具，由于充分利用并有效发挥了金刚石本身超硬、超耐磨、耐高温、耐腐蚀等优异的综合性能，成为加工玻璃、花岗岩、大理石等硬脆材料不可替代的新型工具。
金刚石工具的工作层部分由金刚石磨料和胎体组成。
金刚石颗粒需要胎体的镶嵌把持才能发挥作用，金刚石工具的性能常常由胎体性能的质量来决定，其工作性能的发挥与胎体的性能是密切相关的。
由于烧结 Cu 基胎体脆而不粘，对金刚石有足够的固结力和粘结力，所以 Cu 基金刚石工具锋利、韧性好; 另外 Cu 基金刚石工具具有烧结温度低、成形性能好等特点，得到广泛应用。
但相对于 Co 基胎体，Cu 基胎体也有其自身的一些弊端，如对金刚石润湿性较差，造成金刚石工具强度、硬度低; 对金刚石的把持力较低，切削时会发生金刚石脱落，使实际参与切削的金刚石数量减少，导致宏观破碎率增加，耐磨性降低［1］。
为了克服以上缺点，科研人员将很多先进技术应用到 Cu 基金刚石工具中，例如预合金化技术、稀土元素等的应用。
本文从 Cu基胎体的分类、金刚石表面金属化技术在 Cu 基金刚石工具中的应用、预合金化技术在 Cu 基金刚石工具中的应用、稀土元素在 Cu 基金刚石工具中的应用等方面，综述 Cu 基金刚石工具的研究现状。
1 Cu 基胎体的分类众所周知，纯 Cu 液态对碳是呈惰性的，在 Cu-C内界面上很难发生扩散。
在Cu 中添加少量的合金元素，目的是改善 Cu 对金刚石的润湿，即降低接触角和提高 Cu 合金对金刚石的粘结强度，以此来达到工具中金刚石不过早脱落，提高金刚石工具使用性能的目的。
所以通常采用其它合金元素与 Cu 一起作为金刚石工具的胎体材料。
根据合金元素种类的不同，Cu 基胎体可分为以下几类:1) 青铜基胎体青铜基胎体是在 Cu 中加入强化元素 Sn 或再加入其它元素，青铜基胎体在金刚石工具中应用比较普遍。
金刚石工具中微量元素的性质及作用
金刚石工具中微量元素的性质及作用1钴粉灰色不规则状粉末密度8.9优点（1）钴的抗弯强度高，也可以提高铜基胎体和铁基胎体的抗弯强度。
（2）钴具有易磨损性，能大幅提高综合切割性能。
（3）钴对碳材料和骨架材料都具有较低的接触角和较大的附着功，与金刚石有较大的亲和力。
（4）钴和钴基胎体的变形性小，可以提高切割磨削加工质量。
（5）还原钴粉的烧结性和成形性较好，适于激光焊接。
（6）钴具有易磨损性和小的变形性，纯钴和钴基工具更具有广谱性。
不足（1）价格昂贵。
（2）松比太小，必须制粒。
2 钨粉银灰色粉末密度19.3优点（1）与铁、铜、钴、镍都有较好的相容性。
（2）钨在金刚石表面可以和金刚石发生碳化反应，条件并不苛刻，750度以上就有碳化物生成。
（3）增加胎体耐磨性，减小变形性。
不足（1）烧结体的孔隙度大。
（2）要达到设计的密度必须加大能耗，即提高温度及压力。
3 锰粉银白色密度7.43优点（1）有明显的脱氧作用，特别是与硅、铝同时存在时，脱氧能力急剧增强。
（2）与铜具有很好的相容性。
（3）高锰合金的耐磨性强，适于重负荷、冲击负荷下工作的工具。
不足（1）粉末氧化无法还原。
（2）高温时，使金刚石严重石墨化。
4 铬粉银白色密度7.19优点（1）极少量的铬就可以大大改善铜对金刚石的润湿。
（2）提高胎体的抗弯强度。
（3）能提高结合剂和金刚石的粘结强度。
（4）由于铬的激活能较高，使钢铁有极好的消音作用，适于在锯片基体中加入，大量加入可以降低变型性。
不足价格高。
5 钛粉银灰色不规则状粉末密度4.51优点（1）降低接触角，改善胎体与金刚石的粘结强度。
（2）适量加入可以提高胎体的耐磨性。
不足（1）与氧亲和力大，粉末氧化无法用氢气还原。
（2）含量高时模具消耗大。
6 稀土元素（La Ce）优点（1）降低胎体的耐磨性，有利于锋利度。
（2）提高胎体的抗弯强度。
（3）降低合金熔点。
（4）具有脱氧、脱硫、脱氮、脱氢的作用，并防止其偏析。
不足（1）易氧化，保存困难。
金刚石工具常用元素教案
钴（Co） 钨（W） 镍（Ni） 铁（Fe） 铜（Cu） 锡（Sn）
密度
8.9
19.3
8.9
7.86
8.93
7.3
熔点
1495
3370
胎体中优点
胎体中缺点 价格趋势
较易磨损，易 于出刃 良好的成形性 与烧结性 胎体抗弯强度 高，硬度较高 对金刚石有较 强的把持力 对WC有良好的 粘结性
直接使用特性
生产工艺特性 环境保护特性
胎体的耐磨性
过高
胎体很难超前磨损 锋利度低 干切易烧刀头 湿磨性
适宜 胎体磨损合适 锋利度高，寿命长 可持续出刃
过低
胎体过快磨损 金刚石过早脱落 寿命低 甚至出现偏磨
胎体的把持性
机械把持力
冷却收缩包镶力，与胎体 弹性模量有关
冷却相变增容包镶力，胎 体有相变，且体积增大
锋利度
单质粉高温烧结， 预合金粉烧结， 胎体尽可能的合 金化，注重寿命
骨架与粘结剂设 计。兼顾锋利度
和寿命
金刚石工具切割理论模型
结合剂又叫胎体，Bond，可分为： 金属基（建设类全部产品，精密类部分产品） 树脂基（精密类部分产品） 陶瓷基（暂无）
胎体（Bond）的特性
胎体六大特性
耐磨性 把持性 安全性 烧结性 压制性 环保性
会提高胎体烧 结温度 战略资源，国 内稀缺矿，受 国际大环境影 响，价格持续 上涨
1538
较耐磨，出刃 性不如Co基 可形成多种碳 化物，与骨架 材料的相容性 很好 价格低廉
对工艺要求非 常严格
矿藏丰富，制 备工艺成熟， 价格上下浮动 区间不大
1083
金刚石制品的金属胎体的研究现状
金刚石与金属胎体的结合机理的研究涉及到金属 胎体与金刚石界面结合状态以及烧结过程中界面元素 的扩散情况。它的研究既能揭示金刚石与金属胎体之 间的结合力性质，又能为金属胎体材料的设计提供依
热后强度会明显下降，进而要求金属胎体的烧结温度 万 方数据
７２
有好的润湿性，经烧结后能形成冶金结合，进而提高胎 体对金刚石的把持力。 根据反应能可知，有一些元素和碳容易发生反应 生成碳化物，称之为强碳化物形成元素，通常有Ｔｉ、Ｃｒ、 Ｗ、Ｍｏ、ｚｒ等，在胎体中添这些元素后，烧结时这些元 素会向金刚石表面富集且与金刚石反应生成碳化物， 从而提高金刚石与胎体的界面结合强度∞胡Ｊ。但这种 方法也存在一些不足，一是反应温度较高，使金刚石热 损失较大，常常出现金刚石与胎体的结合强度提高了， 但金刚石本身的强度明显下降了，这个矛盾的存在严 重影响了该项技术的有效性；二是这些元素与金刚石 反应并不能在金刚石与胎体界面生成连续完整的过渡 层，导致结合强度的提高十分有限；三是添加元素都是 微量加人，很难在胎体中分散均匀，造成不同的金刚石 颗粒与胎体的结合强度存在差异，影响了使用效果；四 是添加的强碳化物元素通常也是强氧化物元素，在生 产过程中常常出现在碳化之前已被氧化的现象，增加
了工艺实施难度。
中粘接剂主要是指Ｃｕ、Ｓｎ、ｚｎ等熔点低、硬度低的金
属。这些金属在烧结过程中较早熔融，成为液相，使结
合剂具有液相烧结的特征，在较低的温度下发生位移、 扩散、致密化、合金化等一系列烧结过程中的物理化学 变化，从而得到我们希望的烧结体。因此，粘结金属起
着必不可少的重要作用。添加剂通常是指胎体中硬度
质，属于极性材料，因而金刚石被广泛应用于地质钻探 以及硬脆材料的切割、磨削及钻孔等加工，如珠宝、石 材、陶瓷、硬质合金、半导体晶体、磁性材料等【ｌ‘３ ห้องสมุดไป่ตู้。由 于金刚石都是细小颗粒状，一般需要使用胎体材料将
铁基胎体材料成分对其性能的影响
铁基胎体材料成分对其性能的影响摘要：孕镶金刚石钻头是一种重要的钻探工具。
其钻探效率和使用寿命受到多种因素的影响。
其中，胎体材料对地质金刚石钻头的作用不可忽视。
其胎体主要由骨架材料和粘结金属构成，本次研究设计四种铁基胎体材料；采用热压烧结法制作相应试块；进行硬度和抗弯强度测定；比较、评价胎体的性能，并分析胎体成分对性能的影响；继而讨论试验胎体材料对岩层钻探的适应性，从而使钻探中的探头能够适应越来越复杂多变的地层。
关键词：孕镶金刚石；铁基胎体材料；硬度；抗弯强度。
引言：随着社会经济的持续发展、科学技术的飞速进步，各行业对能源的需求量越来越大。
相应地质勘探钻探量的急剧增加使能源开采面临着越来越高的挑战。
金刚石钻头是广泛应用于地质勘探、能源开发的重要钻探工具。
随着地质科学和钻探技术的快速发展，未来的钻探事业将会向更深地层发展。
所遇地层的各种条件会越来越复杂多变，不可预测性愈来愈大，故而钻探中对钻头性能的要求也会相应提升。
孕镶金刚石钻头是一种重要的钻探工具，其胎体材料对地质金刚石钻头的性能影响很大，胎体材料主要由金刚石骨架材料和粘结金属构成，因此合适的胎体配方设计对制作出适应于多种地层钻探，并具有良好钻进效率和使用寿命显得尤为必要。
本次研究设计出四种不同配方的铁基胎体材料，采用较为合适的热压烧结法制作样本，对样本进行洛氏硬度和抗弯强度测定，进而分析铁基胎体材料对其性能的影响。
1.铁基胎体研究现状国内外对金刚石钻头胎体的研究项目众多，概括起来，大致可以分为以下几个方面的研究：（一）、结合机理（金属胎体与金刚石结合）；（二）、胎体合金体系；（三）、金属（合金）胎体材料的制备（烧结）方法；（四）、金属胎体材料的性能及评价体系。
就地质勘探孕镶金刚石钻头而言，以碳化钨作为胎体的骨架材料应用最为普遍。
而且，在生产实践中，碳化钨基胎体金刚石钻头收到了很不错的效果。
但是，这种钻头存在钻头应用广谱性差的缺点。
另外，近些年来碳化钨材料价格迅速升高，使得钻头生产的成本提高了很多，这就使得传统的碳化钨金刚石钻头市场竞争力和市场影响力急剧下降。
冶金铜基金刚石工具研究进展.
冶金铜基金刚石工具研究进展金刚石具有极高的硬度、极强的耐磨性和优良的物理机械性能。
以金刚石颗粒为磨料，与金属胎体经过混合烧结工艺制取的金刚石工具，由于充分利用并有效发挥了金刚石本身超硬、超耐磨、耐高温、耐腐蚀等优异的综合性能，成为加工玻璃、花岗岩、大理石等硬脆材料不可替代的新型工具。
金刚石工具的工作层部分由金刚石磨料和胎体组成。
金刚石颗粒需要胎体的镶嵌把持才能发挥作用，金刚石工具的性能常常由胎体性能的质量来决定，其工作性能的发挥与胎体的性能是密切相关的。
由于烧结 Cu 基胎体脆而不粘，对金刚石有足够的固结力和粘结力，所以 Cu 基金刚石工具锋利、韧性好; 另外 Cu 基金刚石工具具有烧结温度低、成形性能好等特点，得到广泛应用。
但相对于 Co 基胎体，Cu 基胎体也有其自身的一些弊端，如对金刚石润湿性较差，造成金刚石工具强度、硬度低; 对金刚石的把持力较低，切削时会发生金刚石脱落，使实际参与切削的金刚石数量减少，导致宏观破碎率增加，耐磨性降低［1］。
为了克服以上缺点，科研人员将很多先进技术应用到 Cu 基金刚石工具中，例如预合金化技术、稀土元素等的应用。
本文从 Cu基胎体的分类、金刚石表面金属化技术在 Cu 基金刚石工具中的应用、预合金化技术在 Cu 基金刚石工具中的应用、稀土元素在 Cu 基金刚石工具中的应用等方面，综述 Cu 基金刚石工具的研究现状。
1 Cu 基胎体的分类众所周知，纯 Cu 液态对碳是呈惰性的，在 Cu-C内界面上很难发生扩散。
在Cu 中添加少量的合金元素，目的是改善 Cu 对金刚石的润湿，即降低接触角和提高 Cu 合金对金刚石的粘结强度，以此来达到工具中金刚石不过早脱落，提高金刚石工具使用性能的目的。
所以通常采用其它合金元素与 Cu 一起作为金刚石工具的胎体材料。
根据合金元素种类的不同，Cu 基胎体可分为以下几类:1) 青铜基胎体青铜基胎体是在 Cu 中加入强化元素 Sn 或再加入其它元素，青铜基胎体在金刚石工具中应用比较普遍。
金刚石工具中用常见的粉料及特点
金刚石工具中用常见的粉料及特点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。
1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。
（B）铁粉：有还原铁粉、电解铁粉和羰基铁粉，顾名思义还原铁粉用还原法制取，电解铁粉电解法制取，羰基铁粉通过热离解羰基化合物制取。
作为结合剂材料，铁粉的优点有：价格低，与金刚石有好的润湿性；与骨架材料（WC）的相容性很好；一定温度烧结时铁对金刚石的轻度刻蚀并不损失金刚石的强度，反而会提高金刚石在胎体中的把持力。
刻蚀作用实质是金刚石中的碳原子溶入铁中并向其中扩散的过程，金刚石未发生结构及强度变化。
（C）钴粉：不规则海绵状，还原法制取，作为粘结剂，其综合性能最好。
是一种优异的粘结剂材料，国外发达国家用的较多，其主要优点有：优良的成型性和可烧结性；可使胎体的抗弯强度提高；和金刚石的粘结力大，润湿性好；胎体的韧性好、自锐性好。
由于价格昂贵，国内以铁代钴的研究很多，选择合适的粉末、合理的烧结工艺可获得钴基粘结剂相似的性能。
钴的缺点是：价格昂贵；松装密度太小，易造成投料困难。
另外使压制磨具设计宽度和高度变大，手装料热压模具高度加大，从而使模具成本提高。
（D）镍粉：不规则树枝状，电解法制取。
优点：适于制作重载荷下作用的工具，具有出色的强韧性；可以减少铁铜基胎体的烧结损失（铜镍无限互溶）；镍与铁、钴搭配可以得到另人满意的综合性能，如小的变形和适度耐磨性。
提高金刚石制品性能的方法
提高金刚石制品性能的方法一、添加稀土元素稀土元素对硬质合金性能的改善可望对金刚石工具的性能同样发挥作用: (1) 稀土元素的加入将能提高胎体金属对金刚石的浸润性, 增强其粘结能力; (2) 稀土元素的加入能提高胎体材料的抗弯强度、耐磨性、抗冲击韧性等, 从而提高金刚石工具的质量; (3) 稀土元素能降低粘结金属的熔点, 降低金刚石制品的烧结温度, 从而减少热压法高温造成的金刚石质量下降。
二、采用预合金胎体金属粉末各种金属都有自己的熔点, 而且相差较大。
金刚石制品的烧结温度大多在1000℃以下, 有文献[4 ] 报道, 烧结温度超过1060℃时, 金刚石的强度下降比较明显, 从而影响金刚石制品的使用寿命。
在950～ 1000℃的烧结温度下, 低熔点金属早已熔化甚至有很大一部分被烧伤, 而对于高熔点金属来说, 在该温度下烧结所得的胎体多为假合金, 即胎体中大多数高熔点金属仍以元素形式存在,不能充分发挥作用, 达不到原胎体配方设计的要求。
这种胎体金属末能完全合金化, 各金属颗粒之间是通过固溶扩散、蠕变而结合的, 其结合力不强, 影响了金刚石制品的机械强度。
胎体金属粉末的预合金化, 即是把各种有关的金属在熔炼炉中预先炼成合金, 然后再制成粉末。
该预合金粉末具有单一的熔点, 其熔点可以通过调整成分配比来控制和选择。
胎体金属粉末的预合金化有如下优点: (1) 合金熔点比单元素熔点低, 可使一些高强度金属通过合金化后降低熔点, 以达到烧结金刚石制品的要求; (2) 合金和单元素金属相比, 具有较高的物理机械性能, 易于满足金刚石制品胎体性能要求; (3) 合金抗氧化性比单元素强, 烧结性能好, 易于保存; (4) 预合金粉末比机械混合粉末均匀, 对金刚石的浸润性好; (5) 合金粉末具有单一的熔点, 从而避免了机械混合粉末胎体烧结中最常出现的成分偏析和低熔点金属先熔化并富集以及易氧化、挥发等缺陷, 从而可保证金刚石制品的质量, 制品的机械性能也大有提高。
金刚石胎体粉末
金刚石胎体粉末（预合金粉）的性能
恒信胎体粉末：金刚石行业超硬材料用加强合金粉
【产品特点】：恒信HOP加强合金粉是我公司与业内专家共同研发的一种专门用于强化金刚石工具胎体的合金粉末，适宜生产金刚石超硬材料制品，其作用在于增强烧结体抗弯强度、烧结体洛氏硬度和自锐性，产品既可作为胎体添加剂，还可以对其它元素进行改性，达到良好的使用效果。
在业内被誉为：“胎体配方的秘密武器”。
【物理特性】：
粉末型状：不规则
粒度：300-1500目
松装密度：2.0~2.2g/cm3
理论密度：6.37-7.25g/cm3
氧含量：0.2~0.6%
主要元素：Fe、Co、Ni、P、稀土等
【检测设备】：激光粒度分析仪，元素分析仪器
【产品性能】：HJ加强合金粉添加到胎体后，可使金刚石工具胎体合金化程度提高，烧结体组织性均匀，对金刚石的把持力提高，烧结均热保温时间短，低熔点金属流失较小，组织致密性、自锐性好。
即能延长金刚石工具的耐磨性，又能提高工具锋利度，达到提高金刚石工具综合性能的目的。
【产品用途】：适用于各种金刚石制品、预合金粉末厂、预混粉末厂、粉末冶金厂、磨具磨料厂、砂轮制品、磨削材料厂、耐材焊条、陶瓷制品等
【使用方法】：建议添加量为胎体配方质量百分比的6-15%，最高一般不超过15%
建德市恒信铜材有限公司。
金刚石锯片刀头胎体材料的研究
金刚石锯片刀头胎体材料的研究发布时间：2008-3-9点击率：846[前言]金刚石圆锯片的优异使用性能已为整个石材加工业所认同。
在锯片制造中，围绕“性能-成本”两个方面，各工具制造商做了大量的工作，把制造技术推上一个又一个新台阶。
在刀头制造技术中，刀头胎体材料的选择和热压工艺是其中较为关键的环节。
Co基、青铜基合金系被广泛选择作为胎体材料，但在制造成本和使用性能上不能做到很好的兼顾。
本文通过引用固溶强化原理，并通过分析提出了Fe-Ni-Cu-W系合金作为刀头胎体材料，经过实验和应用，取得较为理想的制造成本与性能兼顾的效果。
[实验原理]金刚石锯片刀头的制造过程可描述为在一定压力下的金属粉末的烧结过程，是一种粉末冶金过程：均匀混合的金属粉末在高温（800-1000℃）和一定压力下（180-250Kgf/cm2），通过粉末颗粒间的扩散、熔焊、化合、再结晶等一系列物理化学作用，形成具有一定形状和机械性能的烧结体，即为刀头。
对锯片刀头胎体材料的基本要求为：1、烧结体应具有优良的冲击性能和适当的硬度，以保证对所包裹的金刚石形成良好的机械啮合和对岩石适度的抗磨损能力；2、能够在较低的烧结温度（一般不超过950℃）下和较短的保温时间（一般不超过5分钟）内完成满足上述性能要求的粉末冶金过程，以减缓金刚石单晶的劣化趋势；3、胎体合金中的合金组元可以良好的浸润金刚石单晶，并通过加入的微量元素使合金组元与金刚石间产生化学键合作用，进一步提高对金刚石的把持能力。
研究表明，粉末冶金方式可以使胎体材料获得与一般合金相似的组织，实现合金化。
在合金组织中有若干种相，其中在电化学性质与原子半径相似的组元间，合金倾向于优先生成固溶体相。
由于固溶体相在生成过程中晶格发生畸变，使晶格位错移动时所受到的阻力增大，从而使材料的强度、硬度提高，即产生固溶强化作用，因此，固溶体相成为对综合机械性能要求较高材料的最基本组成相。
可以说，胎体合金能形成固溶体相是实现胎体材料高性能的关键之一。
CuSn15和Fe对无压烧结金刚石工具胎体性能的影响
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１ ）（ 中 国有 色 桂 林 矿 产 地 质 研 究 院 有 限公 司 国 家 特 种 矿 物 材 料 工 程 技 术 研 究 中 心 ， 广西 桂林 ５ ４ １ ０ ０ ４ ）
２ ） （ 中 国有 色桂 林 矿 产 地 质 研 究 院有 限公 司 广 西 超 硬 材 料 重 点 实 验 室 ， 广西 桂林 ５ ４ １ ０ ０ ４ ）
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金刚石工具分类及属性
金刚石工具的分类及属性Diamond Tools 金刚石工具是指用结合剂把金刚石（一般指人造金刚石）或者立方氮化硼制作成一定形状、结构、尺寸，并用于加工的工具产品。
金刚石工具如果按照用途分，可以分为金刚石磨削工具、金刚石锯切工具、金刚石刀具、金刚石钻探工具、修整工具和拉丝模等。
在上一篇《超硬磨具的分类及属性》中，这里把超硬磨具也就是金刚石磨削工具独立出来了，其余的归入本分类中。
以下是详细的分类及属性。
如图1所示，金刚石工具目前在这里被分为9个二级分类和24个三级分类。
针对产品数量众多的产品，比如金刚石锯片和，金刚石绳锯、线锯和金刚石刀具等添加了属性，对于数量少的目前只给出了商标和型号两个属性，具体如下：一、Diamond Saw Blades 金刚石锯片金刚石锯片一般是指金刚石圆锯片（Circular Saw Blades ），但金刚石带锯（Band Saw Blades ）和金刚石排锯（Gang Saw Blades ）也应归属于金刚石锯片。
金刚石锯片是一种切割工具，广泛应用于石材，陶瓷等硬脆材料的加工。
金刚石锯片主要由两部分组成；基体与刀头。
基体是粘结刀头的主要支撑部分，而刀头则是在使用过程中起切割的部分。
金刚石锯片可以按照工艺分，也可按照外观或者应用分类。
在本文，这些被作为属性来定义一款金刚石锯片。
Style 外观：Continuous Rim 连续式、Contour Blade 轮廓切割、Ring Saw 环锯片、Segmented 节块式、Turbo 涡轮形、Tuck Point 开槽片、Other；Weld Type 工艺：Sintered 烧结、Brazed 焊接、Laser Brazed 激光焊接、Electroplated 电镀、Other；Diameter 直径：收集了100mm-900mm的常见金刚石锯片直径供用户选择；Sawing Condition 应用环境：Dry 干切、Wet 湿切、Wet / Dry 干湿两用；Concentration 浓度：200%、150%、125%、100%、75%、50%、25%Materials Sawed 应用材料：Asphalt 沥青、Brick 砖块、Concrete 混凝土、Granite 花岗岩、Glass 玻璃、Marble 大理石、Porcelain 瓷器、Refractory 耐火材料、Stone 石头、Slate 石板、Tile 瓷砖、Universal 通用、Other应用材料属性可以让供应商选择多个，但我们不建议每次都全选，可以根据实际情况选择，如果适用于多种材料，建议直接选择Universal 通用。
金刚石工具中合金元素的基本性质与作用
金刚石工具中合金元素的基本性质与作用金属的分类1、按密度：重金属（﹥4.5g/cm3）轻金属（﹤4.5g/cm3）2、按冶金传统：黑色金属：Fe 、Cr、Mn有色金属：除Fe 、Cr、Mn外3、壳中含量：常见金属：Zn、Mg、Fe、Al稀有金属：Ta钽、Mo钼按地一. Fe的基本性质1.1 Fe 的物理性质：具有银白色光泽的金属l良好的导电性、导热性和延展性，密度较大（7.86g/cm3）熔点（1535℃）、沸点较高。
图1.1纯Fe棒照片1.2 Fe的化学性质1、与非金属反应：2Fe+3Cl2 = 2FeCl3 3Fe+2O2 = Fe3O42、与酸反应：Fe+2HCl = FeCl2+H2↑常温：遇到浓H2SO4、浓HNO3会发生钝化3、与盐反应：Fe+CuSO4= FeSO4+ CuCu包Fe的化学反应方程式4、与水反应：3Fe＋4H2O(g) = Fe3O4+4H2烧结时，受潮铁粉会产生严重氧化二.Fe在金刚石工具中的作用2.1 Fe的基本作用：1、是金刚石工具中最基本、最常用的胎体烧结成分。
2、常用的铁粉有还原铁粉、电解铁粉和羰基铁粉（Fe(CO)5）。
其中羰基铁粉颗粒细、使用效果好，价格高，常用于高档工具。
对于传统的铁基金刚石工具，使用羰基铁粉能提高基体对金刚石的把持力，提高基体的耐磨性能。
3、在金刚石工具胎体中与Ni、Cu、Sn等元素共同作用，形成烧结组织，共同把持金刚石。
4、是烧结胎体中的基本耐磨相。
5、胎体中的Fe含量高时，胎体的烧结温度提高、硬度提高、耐磨性提高，但工具的锋利度下降。
6、花岗岩小锯片、中径花岗岩锯片、大直径花岗岩锯片（大刀头）、低档薄壁钻、陶瓷滚筒、磨边轮、磨块中Fe的含量较高。
图2.1电解Fe粉的SEM形貌图2.2 Fe在金刚石工具中的基本特性：1、Fe在1550℃下对金刚石的润湿角为50°，比Ni、Co稍低，但却具有对金刚石最高的附着功，约为3040×10-7J／cm2，说明Fe和金刚石的界面结合最牢固；2、Fe的热膨胀系数为11.7×10-6／℃，比Cu、Ni、Co都低，在加热及冷却过程中的体积效应也要比Cu、Ni、Co基粘结剂小一些；3、Fe基粘结剂具有广谱性，可广泛应用于软岩、中硬岩、硬岩等的切割工具中。
金属胎体对金刚石把持力的概述
金属胎体对金刚石把持力的概述赵小军;段隆臣;契霍特金.V.F;翁华强【摘要】把持力指的是胎体对金刚石颗粒的包镶能力，它能够直接定量地衡量金刚石颗粒在胎体中被牢固黏结而不脱落的程度，是影响金刚石工具使用性能和工作寿命的关键因素。
我们从把持力的形成机制出发，介绍了把持力研究的重要意义以及提高把持力的方法。
然后，分别介绍了定性分析法、抗弯强度分析法、弹性力学方程表征法、拉曼光谱分析法、抗拉强度试验法及张力环试验法等胎体对金刚石把持力的计算与评价方法。
最后，总结了目前胎体对金刚石把持力研究存在的问题并给出了一些相应的建议。
%The holding force of bond to diamond can directly and quantitatively evaluate how strong diamond particles are bonded to the matrix It is the key to diamond tools'life and performance In this paper based on the formation mechanism of the holding strength research on improving the bond strength between diamond and matrix was summarized And then several methods which were used to calculate and evaluate the holding force were introduced including qualitative analysis analysis on bending strength calculation by elasticity equation measurement through Raman spectroscopy tensile strength test and tension ring test Finally the problems about current study on holding strength were summarized as well as corresponding suggestions.【期刊名称】《金刚石与磨料磨具工程》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】7页(P41-46,50)【关键词】胎体;金刚石;把持力;计算与评价方法【作者】赵小军;段隆臣;契霍特金.V.F;翁华强【作者单位】中国地质大学岩土钻掘与防护教育部工程研究中心，武汉 430074; 中国地质大学工程学院，武汉 430074;中国地质大学工程学院，武汉 430074;中国地质大学工程学院，武汉 430074;中国地质大学岩土钻掘与防护教育部工程研究中心，武汉 430074; 中国地质大学工程学院，武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】TQ164;TB333目前，金刚石工具已被广泛地应用于民用建筑与土木工程、石材加工、交通工业、汽车工业、地质勘探等领域。
石墨对金刚石工具胎体性能的影响
石墨对金刚石工具胎体性能的影响刘英凯赵振艳林强姚俊青李顺卿（河北省金刚石工具工程技术研究中心050035石家庄）摘要：本文对石墨在金刚石工具中的应用进行了研究。
探讨了石墨加入量、石墨粒度及石墨类型对金刚石工具胎体性能的影响。
结果表明：随着石墨加入量的增加，胎体的孔隙率逐渐增高，致密度降低；加入鳞片石墨的胎体致密度要高于加入颗粒石墨的胎体。
不加石墨的胎体抗弯强度为800MPa，随着石墨加入量的增加，胎体抗弯强度逐渐降低，当-325目颗粒石墨加入量达到2.5%时，胎体抗弯强度仅为470MPa，降低了40%。
在加入量一定的情况下，200目以粗颗粒石墨对胎体抗弯强度的影响要高于相同粒度的鳞片石墨和-325目颗粒石墨。
关键词：石墨胎体性能孔隙率抗弯强度1 前言金刚石工具被广泛的应用于土木工程、石材加工、交通工业、地质勘探与国防工业等领域[1]。
随着金刚石工具使用的普及，其价格一跌再跌，相关企业面临着巨大的成本压力。
因此国内外本行业的研究人员进行了大量的试验研究，开发出了价格相对低廉的Fe基、Cu基胎体，替代传统的Co基、Ni基胎体。
同时随着经济的飞速发展，社会的人工成本逐渐增加，终端使用者要求金刚石工具具有更高的使用效率。
因此，目前金刚石工具行业的开发方向是应用Fe、Cu基胎体开发高性能金刚石工具。
在胎体中加入添加剂元素是改善胎体性能的有效方法，石墨作为一种胎体弱化元素被行业内的研究人员所关注[2-4]。
本文将石墨作为添加剂元素加入Fe、Cu 基胎体中，重点考察了石墨粒度、石墨含量和石墨种类对金刚石工具胎体性能的影响。
2 试验方法及试验设备2.1 试验原料制备胎体的原材料金属粉末有：羰基铁粉、电解铜粉、钴粉、镍粉和锡粉，粒度均为-200目，纯度≥99.2%。
石墨粉末：颗粒石墨，含碳量99%以上，过筛后分为200目以粗和-325目两个粒度组成；鳞片石墨，产地山东青岛，纯度99%，呈扁平状，如图1所示，直径在80μm-200μm之间，厚度20μm左右。
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金刚石工具胎体中铁（Fe）元素的作用
（1）优点铁是极廉价的元素，在金刚石工具中的用量日渐增多，铁用在金刚石工具中有如下优点：
1）价格低廉；
2）铁与济南市有较好的润湿性，接触角为50°，优于钴和镍；
3）液相时铁与金刚石的附着功为3.4×10-7J/cm2，也优于钴和镍；
4）可以形成多种碳化物，如渗碳体型（Fe3C）和ε型碳化物（Fe2C），有硼参与可形成Fe23（CB）6和Fe3（CB），有W、Mo参与时，形成M6C型碳化物（Fe3W3）C和（Fe3Mo3）C；
5）与骨架材料的相容性很好，液相时与WC的接触角接近于0，对TiC的接触角也很低；
6）Fe具有比Cu、Ni、Co低的线胀系数，其值为11.7×10-6/℃，更接近金刚石的线胀系数，对防止冷却裂纹的出现起一定的作用；
7）烧结时铁对金刚石的轻度刻蚀并不损失金刚石的强度，反而会提高金刚石在胎体中的把持力；
8）对于铁基合金的性能是否能接近或达到钴基合金的性能。
（2）铁在金刚石工具中有如下不足；
1）铁基胎体的变形性大于钴基胎体；
2）铁基胎体的耐磨性高于钴基胎体；
3）铁基胎体中的低熔点金属容易发生流失；
4）铁基胎体的工具不够锋利。
（3）为了正确认识铁在金刚石工具中的作用，作如下几点说明：
高温下铁对金刚石的蚀刻虑远比镍、钴都高，但是实验表明，1000℃以下烧结，金刚石只被轻度蚀刻，并不影响金刚石的强度；金刚石表面被蚀刻的碳并不以石墨形态分布在金刚石表面，而是扩散到金刚石表面的含铁金属膜中，按一定的规律分布。
使铁（钢）在高速状态下与金刚石对磨，金刚石会被眼中磨蚀加工。
利用这一特性，可以加工天然钻石。
铁基金刚石工具不锋利的原因是铁比钴耐磨，比钴变形大。
铁基结合剂金属不锋利的原因是铁比钴耐磨，比钴变形大。
铁基结合剂工具烧结流失是由于铁与铜基合金中的低熔点金属的溶解度过低造成的，适量加一些互溶性好的元素即可减少流失。