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釬焊技術在金剛石工具中的應用
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        1.釬焊技術在金剛石工具應用問題的提出

  金剛石的高硬度和優良物理機械性能使得金剛石工具成為加工各種堅硬材料不可缺少的有效工具。胎體金屬基對金剛石的粘結性(胎體的包鑲能力)是影響金剛石工具使用壽命和性能的主要因素之一。

  由于金剛石與一般金屬和合金之間具有很高的界面能,致使金剛石顆粒不能為一般低熔點合金所浸潤,粘結性差,在傳統的制造技術中,金剛石顆粒僅靠胎體冷縮后產生的機械夾持力鑲嵌于胎體金屬基中,而沒有形成牢固的化學鍵結或冶金結合,導致金剛石顆粒在工作中易與胎體金屬基分離,大大降低了金剛石工具的壽命及性能水平。大部分孕鑲式工具中金剛石的利用率較低,大量昂貴的金剛石在工作中脫落流失于廢屑之中。林增棟等率先利用金剛石表面金屬化技術來賦予金剛石表面許多新的特性,如優良的導熱導電性、熱穩性好,改善其原有的理化性能,提高其對金屬或合金溶液的浸潤性等。?

  金剛石表面金屬化問題在上世紀70年代就引起了國內外金剛石工具制造界的高度重視。不少人致力于在燒結過程中實現金剛石表面金屬化的研究,在胎體材料中添加或在金剛石表面預粘上強碳化物金屬粉末(這種金剛石在未加熱前,并未與鍍層發生化學反應,只能屬于金剛石包衣),以期望它們在燒結過程中實現對金剛石的化學鍵結合。盡管文獻已論證了一些金屬例如鎢(未被氧化)在較低溫度下(800℃左右)就能在金剛石表面形成WC層,但從實現金剛石表面預金屬化所用的工藝來看,需在真空條件下、600℃以上加熱1小時才能得到理想的結合力。以目前常用的孕鑲金剛石切削工具的燒結條件來看,在非真空或低真空中不超過900℃加熱5分鐘左右,是不大可能使金剛石表面生成金屬化層的。因為無論活性金屬原子(Ti、V、Cr等)向金剛石表面富集還是界面反應達到結合劑與金剛石冶金結合都是原子擴散過程,根據熱壓所用溫度及這樣短的時間內,這個過程是不充分的。在固相燒結條件下(有時有少量低強度低熔點的金屬或合金液相),胎體對金剛石的化學鍵結或冶金結合力是十分弱的或根本不會形成。

  金剛石表面預金屬化并非目的,而僅是期望與胎體金屬實現化學冶金結合的措施之一。鍍覆后的金剛石在燒結成鋸(鉆)齒后,其折斷面上暴露出的金剛石均失去了鍍層,而脫落了金剛石的殘留坑表面十分光滑,這種現象似乎說明了金剛石與胎體還未能達到化學包鑲的水平。因而即使實現了金剛石的表面預金屬化,傳統的固相粉末冶金燒結法也不可能實現金剛石與胎體材料間的牢固結合。

  上個世紀八十年代末,人們開始探索釬焊技術用于金剛石工具制作。采用在金剛石表面鍍覆某些過渡族元素(如Ti、Cr、W等),并與其發生化學反應在表面形成碳化物。通過這層碳化物的作用,金剛石、結合劑、基體三者就能通過釬焊實現牢固的化學冶金結合,從而實現真正的金剛石表面金屬化,這就是金剛石釬焊的原理。從已發表的專利和文章中可以看出,該技術可使金剛石較大出刃值達到粒徑的2/3,工具壽命提高3倍以上,而常規下該值不足1/3,允許出刃值可用開刃作業達穩定出刃值時來獲取。所以,采用釬焊技術可望實現胎體金屬(釬料)與母體材料—金剛石和鋼基體之間的牢固結合。

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