钎焊技术在金刚石工具方面的应用
黄雪瑜
www.boreway.net
2015-10-04 15:26:34
由于金刚石与一般金属合金之间具有很高界面能，致使金刚石颗粒不能为一般低熔点合金所浸润，粘结性极差，传统制造技术，金刚石颗粒仅靠胎体冷缩后产生机械夹持力镶嵌于胎体金属基，而没有形成牢固化学键结或冶金结合，导致金刚石颗粒工作易与胎体金属基分离，大大降低了金刚石工具寿命及性能水平。大部分孕镶式工具金刚石利用率较低，大量昂贵金刚石工作脱落流失于废屑之。林增栋等率先利用金刚石表面金属化技术来赋予金刚石表面许多新特性，如优良导热导电性、热稳性好，改善其原有理化性能，提高其对金属或合金溶液浸润性等。
金刚石表面金属化问题上世纪70年代就引起了国内外金刚石工具制造界高度重视。不少人致力于烧结过程实现金刚石表面金属化研究，胎体材料添加或金刚石表面预粘上强碳化物金属粉末(这种金刚石未加热前，并未与镀层发生化学反应，只能属于金刚石包衣)，以期望它们烧结过程实现对金刚石化学键结合。尽管文献已论证了一些金属例如钨(未被氧化)较低温度下(800℃左右)就能金刚石表面形成WC层。
但从实现金刚石表面预金属化所用工艺来看，需真空条件下、600℃以上加热1小时才能得到理想结合力。以目前常用孕镶金刚石切削工具烧结条件来看，非真空或低真空不超过900℃加热5分钟左右，不大可能使金刚石表面生成金属化层。因为无论活性金属原子(Ti、V、Cr等)向金刚石表面富集还界面反应达到结合剂与金刚石冶金结合都原子扩散过程，根据热压所用温度及这样短时间内，这个过程极不充分。固相烧结条件下(有时有少量低强度低熔点金属或合金液相)，胎体对金刚石化学键结或冶金结合力十分弱或根本不会形成。
金刚石表面预金属化并非最终目，而仅期望与胎体金属实现化学冶金结合措施之一。镀覆后金刚石烧结成锯(钻)齿后，其折断面上暴露出金刚石均失去了镀层，而脱落了金刚石残留坑表面十分光滑，这种现象似乎说明了金刚石与胎体还未能达到化学包镶水平。因而即使实现了金刚石表面预金属化，传统固相粉末冶金烧结法也不可能实现金刚石与胎体材料间牢固结合。
上个世纪八十年代末，人们开始探索钎焊技术用于金刚石工具制作。采用金刚石表面镀覆某些过渡族元素(如Ti、Cr、W等)，并与其发生化学反应表面形成碳化物。通过这层碳化物作用，金刚石、结合剂、基体三者就能通过钎焊实现牢固化学冶金结合，从而实现真正金刚石表面金属化，这就金刚石钎焊原理。从已发表专利文章可以看出，该技术可使金刚石最大出刃值达到粒径2/3，工具寿命提高3倍以上，而常规下该值不足1/3，允许出刃值可用开刃作业达稳定出刃值时来获取。所以，采用钎焊技术可望实现胎体金属(钎料)与母体材料—金刚石钢基体之间牢固结合。
金刚石表面金属化问题上世纪70年代就引起了国内外金刚石工具制造界高度重视。不少人致力于烧结过程实现金刚石表面金属化研究，胎体材料添加或金刚石表面预粘上强碳化物金属粉末(这种金刚石未加热前，并未与镀层发生化学反应，只能属于金刚石包衣)，以期望它们烧结过程实现对金刚石化学键结合。尽管文献已论证了一些金属例如钨(未被氧化)较低温度下(800℃左右)就能金刚石表面形成WC层。
但从实现金刚石表面预金属化所用工艺来看，需真空条件下、600℃以上加热1小时才能得到理想结合力。以目前常用孕镶金刚石切削工具烧结条件来看，非真空或低真空不超过900℃加热5分钟左右，不大可能使金刚石表面生成金属化层。因为无论活性金属原子(Ti、V、Cr等)向金刚石表面富集还界面反应达到结合剂与金刚石冶金结合都原子扩散过程，根据热压所用温度及这样短时间内，这个过程极不充分。固相烧结条件下(有时有少量低强度低熔点金属或合金液相)，胎体对金刚石化学键结或冶金结合力十分弱或根本不会形成。
金刚石表面预金属化并非最终目，而仅期望与胎体金属实现化学冶金结合措施之一。镀覆后金刚石烧结成锯(钻)齿后，其折断面上暴露出金刚石均失去了镀层，而脱落了金刚石残留坑表面十分光滑，这种现象似乎说明了金刚石与胎体还未能达到化学包镶水平。因而即使实现了金刚石表面预金属化，传统固相粉末冶金烧结法也不可能实现金刚石与胎体材料间牢固结合。
上个世纪八十年代末，人们开始探索钎焊技术用于金刚石工具制作。采用金刚石表面镀覆某些过渡族元素(如Ti、Cr、W等)，并与其发生化学反应表面形成碳化物。通过这层碳化物作用，金刚石、结合剂、基体三者就能通过钎焊实现牢固化学冶金结合，从而实现真正金刚石表面金属化，这就金刚石钎焊原理。从已发表专利文章可以看出，该技术可使金刚石最大出刃值达到粒径2/3，工具寿命提高3倍以上，而常规下该值不足1/3，允许出刃值可用开刃作业达稳定出刃值时来获取。所以，采用钎焊技术可望实现胎体金属(钎料)与母体材料—金刚石钢基体之间牢固结合。
