铬对金刚石润湿性和把持力的影响

铬对金刚石润湿性和把持力的影响

肖长江;李娟;栗正新

【摘要】以 Al 基结合剂为基体，研究了加入不同质量分数 Cr 的 Al-Cr 合金对金刚石的润湿性的影响。以Al-Cr 合金为基体，加入金刚石，用热压烧结的方法得到金刚石节块，测量了节块的抗弯强度。实验结果表明：在Al 中加入质量分数为3%和5%的 Cr 对金刚石的润湿性没有改善，但可提高把持力。把持力提高的原因是

Al 基基体和金刚石之间反应生成了一层中间物，加强了 Al 基结合剂和金刚石之间的黏结，提高了胎体对金刚石的把持力。%With Al-matrix bond as matrix,the wettability of Al-Cr alloy with different Cr mass fractions on diamond was studied.Taking Al-Cr alloy as matrix,added with diamond,diamond segments was fabricated by a hot pressing method,and the bending strength of diamond segments was measured.Results showed that the addition of 3wt% and 5wt% Cr in Al matrix did not improve the wettability of Al-Cr alloy,but increased the holding force.Reasons for the increase of holding force was that an intermediate layer was formed between the Al-matrix bond and diamond,strengthening the bond between Al matrix and diamond and increasing the holding force.

【期刊名称】《金刚石与磨料磨具工程》

【年(卷),期】2015(000)002

【总页数】5页(P33-36,41)

【关键词】Al基结合剂;润湿性;金刚石节块;把持力

【作者】肖长江;李娟;栗正新

【作者单位】河南工业大学材料科学与工程学院，郑州 450001;河南工业大学材料科学与工程学院，郑州 450001;河南工业大学材料科学与工程学院，郑州450001

【正文语种】中文

【中图分类】TQ164;TB333

金属基金刚石工具常用结合剂类型有Co基、Fe基、Cu基、青铜基等。在国内,Al 基结合剂金刚石工具很少见，研究也正处于起步阶段。Al作为结合剂有以下优点[1-2]: (1)Al及其合金对金刚石的润湿性较好, Al基合金有较好的阻尼性能，有一

定的吸振性；(2)Al基结合剂烧结温度低, 可节约能源，降低金刚石工具成本和改

善加工环境。另一方面, Al基结合剂存在以下缺点: (1)强度和硬度较低,黏性大；(2)相比其他常见金属结合剂, Al基结合剂的热膨胀系数与金刚石相差较大, 在制备过

程中可能会导致Al基结合剂与金刚石界面间结合不好, 影响金刚石工具的使用性能。在实际生产中，人们研究发现：Al基金刚石磨轮与树脂基磨轮生产成本基本

相当, 但使用寿命比树脂金刚石磨轮提高3倍以上[3]。

由于金刚石具有共价结构，表面能很高, 导致大多数纯金属不能对金刚石很好的浸润。研究发现：在纯金属中加入其他元素，会增加金属对金刚石的湿润性。比如，Yang L等[4]在Cu中加入Cr，增加了Cu-Cr合金对金刚石(石墨)的湿润性。同时，人们还发现：凡是能与碳形成碳化物的金属，均能浸润金刚石及石墨,诸如Si、Fe、Co、Ni等。此外，金刚石与石墨的表面状态相同, 一种金属液若能浸润石墨, 也就能够浸润金刚石，这样为研究金刚石的浸润性提供了方便[5]。关于Al及其合金对

金刚石湿润性的文献报道较少。1992年孙毓超等[5]对Al-Cu-Ni稀土合金对金刚石的润湿性进行了研究，初步揭示了金属黏结剂对金刚石润湿行为的机制。

本实验以Al基结合剂为基体，研究在Al中加入不同质量分数的Cr对金刚石的润

湿性的影响，分析强碳化物形成元素对润湿性的影响，然后以Al-Cr合金为基体，加入金刚石，用热压烧结的方法得到金刚石节块，测量不同质量分数Cr下Al基

结合剂对金刚石的把持力，进一步分析润湿性与把持力之间的关系。

1 实验材料及方法

1.1 材料和设备

润湿性实验用到的金属主要有Al≥99.996%、Cr≥99.98%、日本东洋公司灰分小

于0.002%的高纯石墨板(纯度为99.99%)。在润湿性试验中，加入质量分数为3%和5%的Cr；在金刚石节块实验中，加入质量分数为1%、3%和5%的Cr。选用

的金刚石为SCD30系列40/50，Al基结合剂金刚石节块中的金刚石浓度为50%。合金的熔炼使用真空非自耗电弧熔炼炉。润湿性的测试使用高温润湿性测试设备如图1所示。

图1 高温润湿性测试仪

1.2 润湿性测试

测试Al及其合金对石墨(以高纯石墨代替金刚石)的润湿性。润湿性测试所采用方

法为改良座滴法。利用液滴形状分析软件 SESDROPD 和FTA32 等对图像进一步

处理以获得润湿角、液滴高度和液滴铺展直径等数据。铺展结束之后，断开加热电源，使炉内降至室温，降温速度约为30 ℃/min。本实验中发现合金熔滴铺展一定时间之后发生变形，其外轮廓不再是规则的球冠状，因此实验中熔滴变形之后便断电降温。

1.3 Al基结合剂金刚石节块的烧结

用天平按配方称取Al粉、Cr粉和金刚石；然后将金属粉末与金刚石在球磨机中混