磨削硬质合金刀具时钴浸出机理的研究

1．引言

磨削液在磨削硬质合金刀具的过程中不仅可以降低磨削温度，而且可起到提高磨削质量和磨削效率的作用，因此在加工中得到广泛使用。但据近期国外文献报道，在磨削硬质合金刀具时采用磨削液有可能使硬质合金中的钴浸出。钴是硬质合金材料中的粘结剂，它的浸出将大大降低硬质合金刀具的使用寿命；同时，磨削废液中钴含量过高会污染环境，对工人身体健康造成危害。因此，研究磨削硬质合金刀具时的钴浸出机理，寻找减少或避免刀具中钴浸出的有效方法，具有十分重要的意义。目前这方面的研究成果国内尚未见报道。为此，我们模拟硬质合金刀具的磨削过程设计了一系列机械试验，并对试验结果进行了分析测定，采用微乳液介质—分光光度法测定硬质合金刀具磨削前后磨削液中的钴含量，用扫描电子显微镜对硬质合金刀具进行测试分析，最后根据试验结果综合推导了钴浸出机理，并提出了解决问题的初步方案。

2．模拟实验与分析

（1）机械试验

通过模拟硬质合金刀具的实际磨削过程，分别进行了磨削试验、摩擦试验和浸泡试验。

A．磨削试验

刀具：YG6硬质合金刀具；砂轮：直径Ø150mm，绿色碳化硅磨料，粒度46#；机床：CA6140型车床，转速1120r/min。

试验时，将砂轮装在自制芯轴上，芯轴一端卡在三爪卡盘上，另一端用顶尖顶住；硬质合金刀具固定在刀架上。磨削过程中分别使用600ml蒸馏水、油酸三乙醇胺和三乙醇胺三种磨削液。样品编号及试验数据见表1。

和2.00%)，表明三种磨削液对钴的浸出能力依次递增并以三乙醇胺最强，这与分光光度分析结果是一致的。此外，刀具与钢套摩擦后，刀具中部分钴元素扩散到钢中(Co元素重量比由试样C02的5.13%减少为C14的1.43%，F1中Co增加到0.60%)，同时钢套中部分铁元素扩散到刀具中(C14中Fe增至24.99%)，这验证了扩散磨损的存在。

3．钴浸出机理探讨

根据试验及分析结果可作如下推论：磨削硬质合金刀具时，刀具中钴原子首先被空气氧化为二价钴Co(II)，Co(II)可与磨削液中的OH-或三乙醇胺(TEA)反应生成配合物使钴从刀具中浸出。由于油酸三乙醇胺和三乙醇胺磨削液中TEA可与Co(II)配位，且其中的OH-浓度远大于蒸馏水，因此二者对钴的浸出能力均强于蒸馏水。同时，在油酸三乙醇胺磨削液中，三乙醇胺与油酸反应，配位能力降低，且其OH-浓度低于三乙醇胺磨削液，因此三乙醇胺磨削液对钴的浸出能力强于油酸三乙醇胺。

另外，硬质合金刀具与钢摩擦时，硬质合金中的部分W、Co元素会向钢中扩散，而钢中部分Fe元素也会向硬质合金中扩散。因此磨削液中钴含量较少。综上所述，可得出如下结论：

（1）磨削时使用水、油酸三乙醇胺、三乙醇胺作为磨削液，均可使硬质合金刀具中的钴浸出，且浸出能力依次增强。

（2）常温下，用含三乙醇胺的磨削液长时间浸泡硬质合金刀具可使刀具中的钴元素浸出。

（3）硬质合金刀具与钢摩擦，刀具中钴的损失形式主要为扩散磨损。

根据上述结论，为减少硬质合金刀具磨损，避免刀具中钴元素的浸出，减少环境污染，实现绿色制造，作者建议：①研制三乙醇胺的替代品以抑制磨削液对钴的浸出作用。②使用含三乙醇胺的磨削液磨削硬质合金后，应及时将硬质合金碎屑从磨削废液中分离，避免长时间浸泡而使钴浸出。