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石墨表面镀镍对金刚石钻头胎体性能的影响谢兰兰;潘秉锁;段隆臣【摘要】为了解石墨表面镀镍对金刚石钻头胎体性能的影响，采用热压烧结法制备了镀镍石墨/胎体复合材料，用扫描电镜观察石墨镀镍前后与胎体之间界面结合状态的变化，并研究了石墨表面镀镍对复合材料的抗弯强度、洛氏硬度以及在无冷却液的条件下与花岗岩对磨时的摩擦系数和磨损量的影响。
结果表明：石墨表面镀镍之后，石墨与胎体之间的结合强度大幅度提高；提高了复合材料的整体性能，以及抗弯强度和硬度；增大了摩擦副的摩擦系数，且增大了胎体的磨损量。
石墨表面镀镍提高了石墨/胎体复合材料的物理力学性能，但是降低了其干摩擦性能。
%To find out the influence of electroplating nickel on the graphite surface on the properties of diamond bit matrix,the Ni-coated graphite / matrix composite material is prepared by the hot-press method.Then,the change of the interface between the graphite and the matrix is observed by the scanning electron microscope before and after electroplating nickel on the graphite.And the influence of electroplating nickel on the graphite surface on the bending strength and Rockwell hardness of the composite materials are studied.Besides,the influence of electroplating nickel on the graphite surface on the friction coefficient and friction loss of the composite materials while rubbing against granite without coolant is studied.The results show that after electroplating nickel on the graphite,the bending strength between the graphite and the matrix is improved greatly,and the whole performance of the composite materials also improved.As a result,the bending strength and the Rockwell hardnessof the composite materials are improved,but the friction coefficient of the friction pair and the friction loss of the composite materials are improved.These show that to electroplate nickel on graphite improves the physical and mechanical properties of the Ni-coated graphite/matrix composite material and decreases its dry friction and friction behavior.【期刊名称】《成都理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】6页(P499-504)【关键词】镀镍石墨;钻头胎体;抗弯强度;洛氏硬度;干摩擦【作者】谢兰兰;潘秉锁;段隆臣【作者单位】地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室成都理工大学，成都610059;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【正文语种】中文【中图分类】P634.41金刚石热损伤是金刚石钻头磨损形式中最常见的一种。
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。
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。
金刚石熔点和石墨熔点金刚石和石墨是两种具有截然不同性质的碳同素异形体。
金刚石是一种极硬的材料，被广泛用于工业领域；而石墨则是一种柔软的物质，常用于铅笔芯和润滑剂等方面。
这两种物质的熔点也有显著的差异。
让我们来了解一下金刚石的熔点。
金刚石是一种由碳原子构成的晶体，具有非常高的熔点。
金刚石的熔点约为3550摄氏度，这是由于金刚石结构的稳定性和碳原子之间的强烈化学键。
金刚石的晶格结构非常稳定，由每个碳原子与四个相邻碳原子形成的共价键组成。
这种结构使得金刚石非常坚硬和耐磨。
由于其高熔点和优异的物理性质，金刚石被广泛用于工具刀片、磨料和高温高压实验等领域。
相比之下，石墨的熔点要低得多。
石墨的熔点约为3652摄氏度，比金刚石稍高一点。
石墨是由碳原子构成的层状结构，每个碳原子与三个相邻碳原子形成共价键。
这种层状结构使得石墨具有良好的导电性和润滑性。
石墨的层状结构中的碳原子之间存在着相互吸引力，但层与层之间的吸引力较弱。
因此，在加热时，石墨层之间的相互作用会减弱，导致石墨分子间的结构发生破坏，最终熔化为液体。
金刚石和石墨的熔点差异主要归因于它们的晶格结构和化学键的性质。
金刚石的晶格结构非常稳定，碳原子之间的共价键非常牢固，因此需要更高的温度才能破坏这种结构。
而石墨的层状结构相对来说较为松散，层与层之间的相互作用较弱，因此在较低温度下就能够熔化。
金刚石和石墨的熔点还受到其他因素的影响，如外界压力和杂质的存在。
在高压条件下，金刚石的熔点会显著增加，因为高压可以增加晶体结构的稳定性。
而石墨的熔点在高压下也会有所升高，但相对来说变化不大。
另外，杂质的存在也会对金刚石和石墨的熔点产生一定影响，不同杂质的加入可能会改变晶体的结构和化学键的性质，从而影响其熔点。
金刚石和石墨的熔点差异主要由其晶格结构和化学键的性质决定。
金刚石具有非常高的熔点，而石墨的熔点相对较低。
这种差异使得金刚石和石墨在工业和科学研究中具有不同的应用价值。
坚硬致密弱研磨性地层孕镶金刚石钻头性能优化王佳亮;张绍和【摘要】On account of the phenomenon thatthe drilling footage is low when diamond bit is used to drill hard compact abrasive rocks, SiC particles are added into matrix as abrasion-weakening particles. By using lab drilling and orthogonal test, the performance of bit was optimized in the aspects of diamond size, concentration of abra-sion-weakening particles, hardness of matrix. The influence of drilling technological parameters on drilling effi-ciency was discussed. Theresults showed that adding abrasion-weakening particles with proper texture into bit matrix can enhance drilling efficiency and avoid bit slipping; the optimal designing scheme of the test was hardness HRC 25, diamond particle size 40/50 mesh, diamond concentration 55%, abrasion-weakening particle concentra-tion 30%; at the same spindle speed, axial compressive force should not exceed 3.5 MPa. Under the same axial compressive force, the apropriate spindle speed isd is 750 to 850 r/min.%基于金刚石钻头在坚硬致密弱研磨性地层钻进时易出现进尺效率低的现象，将 SiC 磨粒作为胎体耐磨损性弱化颗粒添加至胎体中，采用室内钻进及正交试验设计法从金刚石粒度、金刚石浓度、胎体耐磨损性弱化颗粒浓度、胎体硬度4方面对钻头性能进行优化，并探讨了钻进工艺参数对钻进效率的影响。
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。
影响金刚石锯片工具磨损的因素影响金刚石锯片工具磨损的有以下三大因素：工具金刚石品级、含量、粒度、结合剂与金刚石的匹配及工具形状等与工具本身有关的因素是影响工具磨损的紧要因素。
通常金刚石含量低，功耗也低；但金刚石含量太低，宏观碎裂会剧增，从而造成出刃高度不足，使功耗反而加添；金刚石含量高，则功耗加添，进而导致金刚石脱落，工具耐磨性反而下降。
若金刚石品级较高，在较低含量情况下，其完整晶型率仍较高，节块耐磨性高，功耗低，但金刚石锯片品级应与结合剂选择相匹配。
吴健等分析了金刚石品质分散性对锯切过程的影响，指出高质量金刚石的耐磨性好，必需要求结合剂也具有很好的耐磨性，只有这样才能充分发挥高质量金刚石的作用。
而对低质量金刚石，由于其抗压和抗冲击本领都较差，即使切割较简单的矿物成分时也会发生较明显的磨损和碎裂，在碰到特别难切割时，一般会发生宏观碎裂而失去切削本领，此时对结合剂耐磨性的要求应相对低一些，以保证金刚石有充足的出刃高度。
同时，应尽量降低金刚石的品质分散性。
通过分析陶瓷结合剂金刚石砂轮加工蓝宝石过程中的主轴变形（用变形表示磨削所需法向载荷的变化），发觉其变形成周期性变化，说明砂轮具有自锋利性，原因是陶瓷结合剂砂轮的磨损是结合剂材料的脆性断裂，从而会快速显现新的磨粒。
而金属和树脂结合剂砂轮的磨损重要为摩擦磨损和磨蚀。
YCFu等给出了砂轮磨削的优化模型，通过此模型，可依据加工要求和磨削参数来优化砂轮（包括磨粒大小、浓度、伸出率和有效磨粒的空间），也可依据砂轮和加工要求优化磨削参数（包括磨削深度、砂轮转速和工件进给速度）。
此外还有不少学者进行了这方面的讨论。
加工条件由于金刚石工具的磨损与其负载状态紧密相关，因此加工条件会对磨损产生明显影响。
戴向国等分析了金刚石砂轮切割工程陶瓷时工艺参数对砂轮寿命的影响，认为当其它参数肯定时，对应每一切割深度均存在一最佳砂轮速度；当切割深度和砂轮速度肯定时，存在一最佳进给速度；各工艺参数对砂轮径向磨损量影响的主次次序为：砂轮速度—切割深度—进给速度。
金刚石硬度大于石墨的原因金刚石和石墨，乍一看这俩家伙就像是兄弟，都是碳的亲戚，但它们的命运可就大相径庭了。
想想，金刚石是那种光芒四射、硬得跟铁一样的家伙，而石墨嘛，就像是个懒洋洋的老兄，软得能被随便划伤。
你说这可真是有趣，为什么同一个元素，结果却截然不同呢？嘿，咱们就来唠唠这个有趣的故事。
咱得聊聊金刚石的结构。
金刚石的原子排列得可真是严丝合缝，像是在玩拼图一样，互相挤得紧紧的。
每个碳原子都和四个其他碳原子紧密相连，形成了一个三维的立体网。
这种紧密的排列方式，让金刚石的硬度达到顶峰，简直是坚不可摧。
你想啊，这就像是一群铁拳兄弟组成了一支超级战队，谁敢来挑战，估计得被打得屁滚尿流。
而石墨呢？哎，石墨可就没那么拼了。
它的结构可松散得多，碳原子形成的是层状结构，像是叠在一起的薄饼一样。
每一层之间的结合力可弱了，基本上就是靠着范德瓦尔斯力在维持关系。
结果，你一捏就散了，简直像是摊开的面团。
你说这家伙，怎么能跟金刚石比呢？一碰就碎，真是“脆如秋叶”，毫无抵抗力。
金刚石的形成过程也是一段传奇故事。
它们可是在高温高压的环境中，经过亿万年的磨练才练成的。
这就好比是一个菜鸟练成了武林高手，过程中得受多少磨难，才能够逆袭成功啊。
而石墨嘛，它的形成就简单多了，没啥大场面，就像是逛个公园一样，随便找个地方就能蹲下了。
没有高压的洗礼，没有艰苦的奋斗，难怪它的硬度逊色得多。
金刚石的稳定性也是一大亮点。
它可是在各种环境下都稳如泰山，哪怕是在高温高压的条件下也不怕，真是“稳如老狗”。
而石墨嘛，环境一变，立马就显得脆弱不堪。
你说这俩，简直就是天上地下的区别。
要是把金刚石和石墨放在一起，真是“看似兄弟，实则敌手”。
金刚石总是散发着耀眼的光芒，吸引着无数人的目光。
而石墨，虽然也有它的用处，但往往是默默无闻，躲在阴影里。
人们总是愿意花大价钱去买金刚石，但石墨就得靠低价取胜，真是各有各的路数。
所以，归根结底，金刚石硬度大于石墨的原因，不仅仅是因为结构的差异，还有那背后的故事与经历。
金刚石工具加工硬脆材料时的磨损及其影响因素已有 42 次阅读 2011-03-10 17:04摘要：对金刚石工具加工硬脆材料时的磨损及其影响因素的国内外研究成果进行了综述，讨论了金刚石工具的磨损机理和影响金刚石工具磨损的各种因素，提出了需要深入研究的热点问题。
关键词：金刚石工具，磨损1．引言随着科学技术的进步和现代工业的发展，硬脆材料(如激光和红外光学晶体、陶瓷、石英玻璃、硅晶体和石材等)的应用日益广泛。
由于硬脆材料硬度高、脆性大，其物理机械性能尤其是韧性和强度与金属材料相比有很大差异，因此这些材料很难甚至不能采用普通的加工方法进行加工。
金刚石是自然界已知的硬度最高的物质，其优异的性能使其在硬脆材料加工领域具有广阔的前景。
目前，采用金刚石工具对硬脆材料进行切割和磨削仍是有效的加工方法，如用金刚石切割工具切割石材、用金刚石砂轮磨削陶瓷等。
加工硬脆材料的金刚石工具主要有各种金刚石锯和金刚石砂轮等，尽管各种工具的应用范围和加工特点不同，但其磨损机理都大致相同。
因为金刚石工具的磨损对工件的加工质量和加工过程的影响很大，工具的磨损性能是反映工具性能、工艺参数是否合理的一个重要指标，所以对金刚石工具磨损机理的研究对指导金刚石工具的合理制造和工艺参数的合理选择具有重要意义。
长期以来，国内外许多学者致力于金刚石工具磨损机理的研究，并已取得了可喜的成果。
2．金刚石工具磨损机理的研究用金刚石工具加工硬脆材料时，由于剧烈摩擦、高温等的作用，工具不可避免地会产生磨损，而磨损是一个非常复杂的过程。
（1）磨损的三个阶段金刚石工具的磨损由三个阶段组成：初始的快速磨损阶段(也称过渡阶段)、磨损率约为常数的稳定磨损阶段以及随后的加速磨损阶段。
加速磨损阶段表明工具不能继续工作，需要重新修整。
（2）磨粒磨损形式磨粒磨损形式可分为：整体磨粒、微破碎磨粒、宏观破碎磨粒、磨粒脱落及磨粒磨平。
这几种磨损形式所占的比例决定于不同的磨损阶段、所用工具和被加工材料等。
第20卷第2期 超 硬 材 料 工 程V o l.20 2008年4月SU PERHA RD M A T ER I AL EN G I N EER I N G A p r.2008天然鳞片石墨灰分对粉末技术合成金刚石的影响①徐燕军1,2,柳成渊1,2,陈 哲1,2,刘一波1,2,尹翔2,赵万林1,2(1.钢铁研究总院,北京 100081;2.安泰科技股份有限公司,北京 100081)摘 要:天然鳞片石墨已经被广泛应用于粉末触媒技术合成人造金刚石,其性能直接关系着金刚石的各项性能指标。
文章通过研究天然鳞片石墨灰分对金刚石静压强度、T T I等性能指标的影响,提出了在选择合成金刚石用石墨材料时,灰分应低于50ppm,同时灰分较低时也要注意残留物有害元素对金刚石的影响,如S、Si等。
关键词:金刚石;鳞片石墨;灰分;粉末冶金技术中图分类号:TQ164 文献标识码:A 文章编号:1673-1433(2008)02-0008-04I nf luence of a sh of squama graph ite on syn thesiz i ngd i am ond by powder ca ta lyst technologyXU Yan2jun1,2,L I U Cheng2yuan1,2,CH EN Zhe1,2,L I U Y i2bo1,2,Y I N X iang2,ZHAO W an2lin1,2(1.I ron&S teel R esearch Institu te,B eij ing100081,Ch ina;2.A d vanced T echnology&M aterials Co m p any L i m ited,B eij ing100081,Ch ina)Abstract:T he squam a grap h ite as the carbon sou rce has been w idely u sed in syn thesizingdiam ond by the pow der catalyst techno logy,w h ich affect the perfo r m ance of the syn theticdiam ond directly.In the pap er,the au tho rs m ade a research on the influence of ash ofsquam a graph ite on the static p ress strength and ther m al toughness of i m pact of diam ond,and indicate that the percen t of ash con ten t shou ld be under50ppm,and shou ld p ayatten ti on to the influence of the har m fu l elem en ts such as the S,Si etc.Keywords:diam ond;squam a grap h ite;ash con ten t;pow der m etallu rgy techno logy0 前言近几年来,粉末触媒技术在国产六面顶金刚石压机上合成人造金刚石基本替代了传统的片状技术,而传统的合成金刚石的碳源——碳片也随之变成了石墨粉。
Shanghai Toyo Tanso Co., Ltd.Email:j.a.duan@Website:MSN:place2005@金刚石刀具在石墨加工的应用一．石墨加工特性 (2)二．刀具磨损原理 (2)三．影响刀具磨损的几点事项 (2)1、刀具材料 (2)2、刀具的几何角度 (3)3、刀具的涂层 (4)4、刀具刃口的强化 (5)5、刀具的机械加工条件 (5)石墨加工特性石墨电极与铜电极相比具有电极消耗小、加工速度快、机械加工性能好、加工精度高、热变形小、重量轻、表面处理容易、耐高温、加工温度高、电极可粘结等优点。
尽管石墨是一种非常容易切削的材料，但由于用作EDM电极的石墨材料必须具有足够的强度以免在操作和EDM加工过程中受到破坏,同时电极形状(薄壁、小圆角、锐变)等也对石墨电极的晶粒尺寸和强度提出较高的要求，这导致在加工过程中石墨工件容易崩碎，刀具容易磨损。
刀具磨损原理刀具磨损是石墨电极加工中最重要的问题。
磨损量不仅影响刀具损耗费用、加工时间、加工质量，而且影响电极EDM加工工件材料的表面质量，是优化高速加工的重要参数。
石墨电极材料加工的主要刀具磨损区域为前刀面和后刀面。
在前刀面上，刀具与破碎切屑区的冲击接触产生冲击磨粒磨损，沿工具表面滑动的切屑产生滑动摩擦磨损。
影响刀具磨损的几点事项刀具材料刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素，对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。
刀具材料越硬，其耐磨性越好，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。
硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键。
对于石墨刀具，普通的TiAlN涂层可在选材上适当选择韧性相对较好一点的，也就是钴含量稍高一点的；对于金刚石涂层石墨刀具，可在选材上适当选择硬度相对较好一点的，也就是钴含量稍低一点的；刀具的几何角度石墨刀具选择合适的几何角度，有助于减小刀具的振动，反过来，石墨工件也不容易崩缺；(1)前角，采用负前角加工石墨时，刀具刃口强度较好，耐冲击和摩擦的性能好，随着负前角绝对值的减小，后刀面磨损面积变化不大，但总体呈减小趋势，采用正前角加工时，随着前角的增大，刀具刃口强度被削弱，反而导致后刀面磨损加剧。
提高金刚石工具锋利度的方法
提高金刚石工具锋利度的方法如下：
1、优化金刚石粒度：选择合适的金刚石粒度，可以增加工具的锋利度。
一般来说，较细的金刚石粒度可以提高工具的锋利度，但过细的粒度也可能导致工具强度下降。
因此，需要根据具体应用需求来选择合适的粒度。
2、调整胎体配方：胎体的配方对金刚石工具的性能有很大影响。
通过调整胎体中的成分比例，可以改善胎体与金刚石的机械结合力，比如加入铁锌合金粉的胎体，显著提高工具的锋利度。
3、优化烧结工艺：烧结工艺对金刚石工具的性能也有重要影响。
通过优化烧结温度、时间和气氛等因素，可以改善胎体的组织结构和性能，从而提高工具的锋利度。
4、强化表面处理：表面处理可以改善金刚石工具的表面质量和硬度，从而提高工具的锋利度。
常用的表面处理方法包括镀膜、渗碳等。
影响金刚石工具性能（锋利度、寿命）的因素主要包括：配方设计、刀头的形状与结构设计、金刚石的影响、工艺过程的影响、锯片基体的影响、锯片的焊接、现场切割7个大的方面。
一、配方设计：胎体对金刚石的“把持力”，通过A、机械镶嵌力（烧结金属冷却收缩而产生摩擦力）；B、化学结合力；C、冶金结合力三种形式来实现。
由于金刚石特殊的晶体结构，几乎所有的金属在高温下都不能浸润（渗透）金刚石，无法产生化学结合力；通过特殊的金属化处理工艺在金属中加入过渡元素如：ti/cr/mo(熔点高、沸点高、硬度高、密度大)等,期望使其产生冶金结合力，但效果不好，同时，金刚石在超过1060℃时，会产生石墨化，影响金刚石的性能，所以在金刚石工具制造行业内，提高机械镶嵌力始终是增加把持力的主导力量。
二、刀头的形状及结构设计2.1刀头的外形结构（市场上常用的刀头有：长方形、梯形、V 形、锯齿形）1、长方形刀头：应用广泛优点：模具简单，装料方便，质量相对稳定缺点：在切割过程中容易产生圆角或被磨成梯形而在切割后期磨损锯体（基体）2、梯形刀头：将刀头做成上宽下窄优点：解决切割过程中的夹锯问题缺点：随着切割过程的进行，石材的尺寸会发生变化，对加工精度有不利影响。
3、V形刀头：目前在组锯中大量使用优点：提高工具的开刃速度，使工具提前进入工作状态，提高组合锯的工作效率。
缺点：适应面少4、锯齿形刀头：提高排渣能力，避免刀头的二次磨损，增强刀头的冷却效果，提高金刚石的利用率缺点：磨具加工制造复杂且装料、卸模困难，影响生产效率。
2.2刀头的尺寸：（长宽高），通过刀头尺寸的调整，针对于不同的加工对象，可以提高工作效率，延长刀头使用寿命1、减小刀头的长度，对于一定直径的锯片实际上是增加了两个刀头之间的距离，增加了锯片的撞击力，同时也减少了参与工作的金刚石颗粒数量，在一定程度上提高锯片的锋利度。
但一味的减小刀头的长度，增加结块之间的距离，使得冲击力过大，切割机主电流随之增加，切割效率反而受到影响，同时会降低机器的使用寿命。
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。
图1 鳞片石墨
2.2 试验设备
试验中用到的设备有：Dr.fritsch DSP475真空烧结炉， LDW-100电子拉力试验机，sartorius MSE224S 型电子分析天平，VEGA3 LMH 型扫描电镜。
2.3试验方法
制备胎体的配方组成如表1所示。
表1 胎体配方组成表
元素种类 羰基Fe Cu Sn Ni
质量分数（Wt%）
40%-50% 40%-50% 1%-7% 5%-15%
对该配方胎体进行烧结，并测试其胎体性能，同时分别在胎体中加入0.5%、1%，1.5%、2%和2.5%的200目以粗颗粒石墨、-325目颗粒石墨和鳞片石墨，考察石墨加入量、粒度和种类对胎体性能的影响。
采用真空热压炉烧结制备刀头试样，制备工艺为烧结温度830℃，压力为30MPa ，保温时间为30min 。
制备30mm*12mm*6mm 的试样，采用三点弯曲法在抗弯试验机上进行抗弯强度试验，测量试样的表观密度并应用公式1计算孔隙率，同时应用扫描电镜进行断口微观分析。
%10010⨯⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛-=ρρP （1） P ——材料孔隙率，％；
ρ0——试样表观密度，g/cm 3； ρ——试样理论密度，g/cm 3。
3 试验结果与讨论 3.1加入石墨对胎体机械性能的影响 图2为加入石墨后胎体孔隙率的变化，从图中可以看出，随着石墨加入量的增大，胎体孔隙率逐渐升高。
其中加入鳞片石墨胎体的孔隙率远低于加入颗粒石 墨的胎体，加入200目以粗颗粒石墨胎体的孔隙率要低于加入-325目颗粒石墨胎体的孔隙率。
这是因为鳞片石墨具有不规则层状结构，层内原子间结合较强，层间结合则弱，层间相对位移的切向应力不大，容易滑移，易于烧结成型[5]。
且鳞片石墨外表相对光滑，易于和胎体紧密接触，界面孔隙较少，因此烧结体具有较低的孔隙率。
颗粒石墨为近似海绵状颗粒，外表粗糙，成型阻力较大，影响烧结胎体的致密度。
且由于颗粒石墨表面高低不平，具有大量孔洞，在与金属基体结合时，界面处会有大量的孔隙存在，石墨颗粒越细比表面积越大，因此加入-325目颗粒石墨胎体的孔隙率要高于加入200目以粗颗粒石墨胎体。
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.61.71.81.9
2.02.12.22.32.42.52.6孔隙率（%）石墨加入量（Wt%）
-325目颗粒石墨 200目以粗颗粒石墨 鳞片石墨
图2 加入石墨对胎体孔隙率的影响
图3为加入石墨对胎体抗弯强度的影响，从图中可以看出，加入石墨后胎体抗弯强度逐渐降低。
石墨对胎体的弱化效果很明显，试验表明不加石墨的胎体抗弯强度为800MPa ，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%。
由于石墨与金属的润湿性很差，因此石墨与金属基体的结合处存在着大量的缺陷，导致产生了应力集中[6]，使胎体的脆性增加。
在三种加入石墨的胎体中，加入粗颗粒石墨胎体抗弯强度最低。
粗粒度石墨颗粒与金属基体结合处的缺陷集中要远高于鳞片石墨和细颗粒石墨，因此更容易产生裂纹并造成裂纹的扩展，对胎体的抗弯强度影响更为明显。
图3 加入石墨对胎体抗弯强度的影响
3.2 加入石墨后胎体断口形貌分析
图4为加入不同量-325目颗粒石墨胎体断口的SEM 照片，从图中可以看出，随着加入石墨量的增加胎体致密度逐渐变差，孔洞增多。
石墨颗粒的弥散分布阻碍了金属元素的烧结扩散，随着石墨含量的增高，石墨间会团聚、搭桥，对胎体烧结成型的阻碍作用越来越明显；同时石墨与金属基体间存在着大量缺陷，随着石墨量的增加，胎体中的缺陷也会越来越多。
（a ） （b ） 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
400450500
550600650
700750800
抗弯强度（M P a ）
石墨含量（Wt%） -325目颗粒石墨 200目以粗颗粒石墨 鳞片石墨
（c）（d）
（a）C含量0.5%;（b）C含量1%;（c）C含量1.5;（d）C含量2.5%
图4 加入-325目颗粒石墨胎体断口表面SEM形貌图5为加入鳞片石墨的胎体SEM断口形貌，图6为加入200目以粗颗粒石墨的胎体SEM断口形貌。
从图中可以看出，鳞片石墨在胎体中的分布有一定的方向性，且较为均匀。
在胎体的加压烧结过程中，胎体会发生高温压缩变形，石墨颗粒为了适应金属基体的塑性流动而发生偏转。
由于鳞片石墨呈扁平状，易于随着金属的塑性流动产生偏转和位移，在胎体内发生定向分布，且分布较为均匀。
颗粒石墨的形状不规则，烧结过程中较难发生偏转和移动，颗粒和颗粒之间容易产生搭桥现象，引发应力集中，产生裂纹扩展，石墨颗粒越粗，这一现象越明显，如图6所示。
图5加入鳞片石墨胎体SEM断口形貌图6加入200目以粗颗粒石墨胎体
SEM断口形貌
4结论
1）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；加入鳞片石墨胎体的致密度要高于加入颗粒石墨胎体。
2）随着石墨加入量的增加，胎体中的缺陷数量会增多，胎体的脆性增加，抗弯强度降低。
试验表明不加石墨胎体的抗弯强度为800MPa，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%。
3）在石墨加入量一定的情况下，粗粒度的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细粒度的颗粒石墨。
参考文献
[1] 王明智.金刚石工具制造技术的发展与热点问题[J].超硬材料工程.2011,23
（5）：37-41
[2] 宋月清，刘一波等. 人造金刚石工具手册[M].北京：冶金工业出版社，2014
[3] 江斌、孟凡爱、刘英凯、祁勇，整体弱化结合局部强化工艺在金刚石圆锯片胎体开发中的应用研究[J].2009中国超硬材料技术发展论坛论文集 ,202-203 [4] 孙毓超，宋月清，等.金刚石工具制造理论与实践[M].郑州大学出版社，2005,5:10-13
[5] 孙杏囡,谈萍.影响铜-石墨材料密度的工艺因素[J].材料工程,1999，(9):3-5
[6] 浩宏奇,丁华东.工艺因素对铜石墨烧结材料性能的影响[J].西安交通大学学报,1997，(3):120-122。
