金刚石制品金属结合剂配方设计探讨

金属结合剂金刚石工具研究进展摘要：金刚石的硬度极高，被广泛用作磨料来加工硬质材料，如混凝土、硬质合金或天然石材等。

随着新型陶瓷混凝土等加工对象的不断出现和变化，要求金刚石工具要持续改进，以提高其切削效率、减少自身磨损、同时降低其制造和使用成本。

本文综述了人造金刚石颗粒的性能、不同类型金属结合剂的成分组成和基本性能、金刚石与金属结合剂的界面结合强度的措施，并对金属结合剂金刚石工具的发展作了进一步探讨。

关键词：金属结合剂；金刚石；界面结合强度引言本文将分类对前人的研究结果进行综述，归纳人造金刚石颗粒的特性，对比不同金属结合剂的成分组成和材料性能，总结金刚石／结合剂的界面行为，展望金属结合金刚石工具的发展方向。

1金刚石磨粒的特性金刚石磨粒承担去除材料的作用，不仅要能经受住高速下的冲击力，而且要具有自锐性，即当磨粒磨损钝化后，能破裂生成新的切削刃。

金刚石的品级、粒度、含量等基本性能，以及其同结合剂的匹配均影响工具的切削效果。

国际上具有代表性的金刚石制造商有元素六和ge公司，其制造的用于切割和钻探的高品级金刚石晶形规则、棱角饱满、对称度高、抗冲击强度和热稳定好。

我国的金刚石生产企业有中南钻石、黄河旋风、郑州华晶等，它们生产的金刚石品种齐全，虽然某些产品性能上与国外产品有差异，但价格上有优势。

我国已占据世界金刚石合成量的90%以上，是名副其实的生产大国，现正向质量强国迈进。

2金属结合剂特点种类金刚石磨具用结合剂主要有树脂、金属、陶瓷等3类。

金属结合剂按主要成分可以分为：钴基、铜基（常为青铜、黄铜）、铁基、钨基、镍基、铝基结合剂等。

金属结合剂通常由黏结金属、骨架材料和添加剂组成。

黏结金属应具有较低的熔融温度，使其具有液相烧结的特性，填充于骨架金属之间及骨架金属与金刚石之间，牢固地黏结骨架金属和金刚石，使工具具有较高的强度和抗冲击性。

黏结金属通常是几种金属的合金，如Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ等金属及其合金。

骨架金属以碳化物为主，如ＷＣ、Ｗ２Ｃ、ＴｉＣ等，也可用难熔金属Ｗ、Ｍｏ代替ＷＣ等使用，其作用是在高温烧结时保持固相状态，固定金刚石，同时提高基体韧性和耐磨性。

金属结合剂成分配比
金属结合剂配方可划分成五大部分：骨架材料；黏结金属；碳化物形成元素；提高结合剂力学性能的元素；填充料。

一个实用的金属结合剂磨具配方，在烧结过程中能够形成适量的液相（黏结相），液相将骨架相的孔隙填充达到致密烧结，又不会过多造成“跑料”流失。

由黏结相和骨架相的成分、结构控制使得最终烧结制品的强度、硬度、耐磨性满足牢固把持金刚石颗粒，并且在磨削工作中与金刚石保持同步磨损，避免出现结合剂不耐磨而造成金刚石颗粒过早脱落或结合剂过分耐磨不能使金刚石良好出露的现象。

金属结合剂金刚石工具烧结技术的研究金刚石工具被誉为“工业的牙齿”，以其无与伦比的优异性能和不可替代性成为当今公认的、必不可少的硬脆材料加工用超硬材料工具。

传统电阻式热压法制造金属结合剂金刚石工具生产周期短、工艺调整简单，但存在固有的弊病和缺陷，其中最为根本的问题是：烧结过程能耗高，工具的质量稳定性差，使用性能水平低。

本文在总结热压烧结理论的基础上，选用Co-Cu-Sn粉末作为金刚石工具胎体，围绕金属结合剂金刚石工具烧结技术进行研究。

获得如下结论：（1）论文首先对同一配方采用HP、C-HP和HIP烧结工艺制备金属结合剂金刚石工具，并对工艺参数进行了优化，其最佳烧成温度、保温时间、施压条件分别为：760℃、4min、35MPa，770℃、90min、30MPa，780℃、60min、80MPa。

（2）在优化工艺条件下，制备WD试样、HD试样和试切用锯片。

研究结果表明：HP工艺烧结时间短，但温度场分布不均，烧结试样孔洞较多，易出现金刚石烧蚀现象，杂质氧化物会阻碍金属原子的迁移与扩散，甚至成为裂纹源；C-HP 工艺温度场均匀，还原气氛能有效活化金属原子，促进致密化；HIP工艺能显著降低烧结组织的气孔率，细化晶粒，试样断面出现类似于塑性断裂的浅韧窝特征，胎体对金刚石的包镶状况良好，其试样综合力学性能最佳。

（3）Co-Cu-Sn胎体和金刚石节块的烧结均属于以固相烧结为主的瞬时液相烧结，其致密化过程包括吸附气体的解吸与逸出、金属颗粒表面氧化物的还原、液相的形成与消失、不同组元的扩散与合金化等阶段。

三种烧结技术所获得的胎体试样物相组成均为Cu5.6Sn和α-Co，HIP试样结晶最佳。

（4）试切结果表明：HIP锯片的优势主要表现在使用寿命上，其寿命较HP锯片提高了29%。

在质量稳定性上，HIP锯片最优，其次为C-HP锯片、HP锯片。

（5）ANSYS热分析结果表明：HP烧结过程中，若粉末压坯密度均匀，仅考虑石墨模具作为发热体时，粉末压坯受热快，即使是快速升温也能保证温度场的均匀性。

2016金属金刚石结合剂砂轮技术配方2016新版、《金属结合剂金刚石砂轮磨具制造工艺配方》金刚石砂轮与普通砂轮相比，具有磨削效率高，表面光洁度好，磨削质量高，成本低等。

金刚石砂轮的主要特点是硬度高、导热率高、锋利度高由此带来高的磨削率。

适用于现代工业机械加工中的高效、强力磨削，适用于加工硬质合金，光学玻璃、陶瓷、石英、宝石、铁氧体、半导体材料、铸铁、浮火钢、建材、耐火材料等高硬材料。

近几年来，随着高速磨削超精密磨削技术迅速发展，对砂轮提出了更高要求，陶瓷树脂结合剂砂轮已不能满足生产需要，金属结合剂砂轮因其结合强度高、成型性好、使用寿命长等显著特性而生产得到了广泛应用。

围绕金属结合剂牢固把持金刚石磨粒的关键环节,国内涌现出许多优秀的新技术、新工艺、新配方。

例如：针对传统金属基金刚石工具中结合剂对磨粒把持力弱的瓶颈问题，国内华侨大学研制了通过液态金属直接连接金刚石磨粒的工具制备新方法、稀土改性钨基结合剂金刚石磨轮制造技术工艺配方、设计并开发了研究合金与磨粒界面行为的实验系统等诸多成果，显著提高金刚石颗粒的把持力，增加金刚石磨轮的耐磨性。

目前新技术已经得到广泛应用，近年来，新增产值上亿元，并获得2014年度福建省科学技术奖。

这些具有自主知识产权的关键技术，非常值得致力于金刚石砂轮磨具、金刚石工具创新和生产的科技型企业、科研单位学习和借鉴。

生产出超一流的金刚石砂轮磨具制品！本篇专辑精选收录了国内关于金刚石砂轮磨具制造最新技术工艺配方技术资料。

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资料中包括制造磨料原料组成、金属结合剂配方、生产工艺、烧结工艺、产品性能测试及标准、解决的具体问题、产品制作实施例等等，是企业提高产品质量和发展新产品的重要、实用、超值和难得的技术资料。

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金属基金刚石工具结合剂中添加合金元素的研究进展司卫征袁慧张凤林王成勇(广东工业大学机电工程学院广州510006)摘要本文综述了金属基金刚石工具结合剂中添加各种合金元素的研究进展。

重点阐述了骨架材料、碳化物形成元素、稀土、非金属元素等在金属结合剂的作用及其影响机理。

关键词：金刚石工具，金属结合剂，合金元素Research advances of adding alloying elements in the bondof metal matrix diamond toolsSi Weizheng Yuan Hui Zhang Fenglin Wang Chengyong(Faculty of Mechanical & Electronic Engineering, Guangdong University ofTechnology, Guangzhou 510006, China)Abstract：In this paper the advances of several kinds of alloying elements added in the bond of metal matrix diamond tools are summarized. The effect and working mechanism of skeleton material, carbide-forming elements, rare-earth and non-metallic elements in the bond are discussed. Keywords: diamond tools, metal bond, alloying elements1.引言金刚石由于其极高的硬度被广泛应用于地质勘探和脆硬材料的切割、磨削及抛光等领域。

在最常用的金属基金刚石工具中，金刚石是切削元件，金属胎体用来固结切削元件，并使之有适当的出刃。

金刚石颗粒增强金属基复合材料的制备及性能研究淦作腾北京科技大学金刚石颗粒增强金属基复合材料的制备及性能研究Study on preparation and properties of diamond particlesreinforced metal matrix composites研究生姓名：淦作腾指导教师姓名：何新波北京科技大学材料科学与工程学院北京100083，中国Master Degree Candidate： Gan ZuotengSupervisor： He XinboSchool of Materials Science and EngineeringUniversity of Science and Technology Beijing30 Xueyuan Road，Haidian DistrictBeijing 100083，P.R.CHINA分类号：____________密 级：______________ 公开 TB333ＵＤＣ：____________ 单位代码：______________１０００８北京科技大学硕士学位论文论文题目：金刚石颗粒增强金属基复合材料的制备及性能研究作者：_________________________ 淦作腾指 导 教 师： 单位： 何新波 教授北京科技大学指导小组成员： 单位：任淑彬 讲师北京科技大学 单位：论文提交日期：2009年 12月 15日学位授予单位：北 京 科 技 大 学致谢值此论文完成之际，谨向我的导师何新波教授和任淑彬老师表示衷心的感谢和崇高的敬意。

二位老师在论文的选题、试验、结果分析及论文撰写过程中，付出了大量的心血和劳动。

老师们渊博的学识、严谨的治学作风、高瞻远瞩的学术思想、和蔼可亲的态度使学生受益匪浅，终生难忘。

特别感谢沈晓宇师姐在课题研究工作期间给予的热心指导。

同时，本课题组的曲选辉教授、秦明礼教授、尹海清副教授、李平副教授也给予我很大的指导和帮助，在此向他们表示衷心的感谢！感谢同课题组的王建忠、董应虎、梅敏、杨振亮、刘烨、李慧、贾宝瑞、张政敏、郭彩玉等同学对我实验工作的帮助！感谢所有关心和帮助过我的人！感谢百忙之中审阅本文的各位专家、教授！摘要本研究采用放电等离子烧结技术，制备了表面金属化的金刚石/铝、铜复合材料。

专利名称：高自锐性金属结合剂金刚石制品的材料专利类型：发明专利
发明人：张星亮,杨俊德,王曰国
申请号：CN200410023189.2
申请日：20040513
公开号：CN1696056A
公开日：
20051116
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：发明一种高自锐性金属结合剂金刚石制品的材料。

其特征是：它的材料组分为36目以细的碳化硅颗粒在粘结剂的作用下粘结100目以细的石墨颗粒制成非金属合成材料豆状颗粒。

碳化硅颗粒与石墨颗粒组合的重量比例为1∶0.3～2.4。

将这种材料均匀分布于高自锐性金属结合剂金刚石制品的金刚石空白区金属胎体内，构成非均质胎体，见附图。

非均质胎体具有的基本性能可实现机械强度高、耐磨性能低的目的。

它能克服背景技术均质胎体基本性能机械强度高，耐磨性能随之也高的矛盾。

本发明可应用于制造具有高时效、高寿命的高自锐性金属结合剂金刚石制品。

申请人：张星亮,杨俊德,王曰国
地址：410012 湖南省长沙市麓山南路236号长沙矿山研究院
国籍：CN
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人造金刚石复合片合成用金属杯材料的初步研究摘要在人造金刚石复合片的合成中，金属杯屏蔽材料对产品的合成有至关重要的作用。

本文在日常生产的基础上，对部分不同材质的金属杯进行了对比分析实验，就常用的几种金属杯材料做出较为科学的判断、选择。

关键词复合片金属杯合成温度控制一、前言人造金刚石复合片是在高温高压条件下，将金刚石和硬质合金复合烧结在一起制成的复合材料，这种材料既有金刚石的高耐磨性，又有硬质合金的抗冲击韧性和可焊性，性能非常优越。

作为性能优异的复合材料，金刚石复合片的出现对石油地质勘探、煤炭开采和机械加工等行业的发展起到了非常重要的作用。

在石油地质勘探、煤炭开采以及工程钻探等方面，过去使用最多的是硬质合金类的钻头、钻具，其钻进效率低、使用寿命短，很大程度上制约了相关行业的发展；而将性能优异的人造金刚石复合片应用到这几个行业领域，就达到了使用寿命延长、钻进效率大幅提高、生产成本明显降低等效果。

同时，随着人造金刚石复合片生产技术的不断发展、提高，以及人们对这种产品的认识的不断提高，现在在一些其他领域如机械加工行业也在逐步使用人造金刚石复合片。

所以，可以预见，未来的人造金刚石复合片的市场前景是十分广阔的。

在人造金刚石复合片在生产过程中，将会用到很多种原材料，包括叶腊石、碳管、盐管、金属杯等等，而这些原材料的选择在很大程度上就直接决定了所生产的人造金刚石复合片的质量。

在人造金刚石复合片用到的所有合成材料中，和金刚石微粉直接接触的金属杯的作用是至关重要的，它不仅起到一个屏蔽保护的作用，防止外部杂质在合成过程中进入到复合片内部，而且它对复合片中钴的扩散及金刚石颗粒的生长、键合都起到很重要的作用。

因此，选择一种合适的金属杯材料，对于整个复合片的合成生产的稳定性及最终产品的质量都有十分重要的意义。

本文主要利用现有生产设备、资源，通过实验，讨论分析几种不同金属材料的屏蔽杯对复合片生产的影响，从而最终选择一种最为合适的材料在生产中使用。

金刚石工具专用预合金金属结合剂的研制吴志英;雷军;张兴中;宋英桃;王君【期刊名称】《金刚石与磨料磨具工程》【年(卷),期】2006(000)002【摘要】本文介绍了一种由作者主持开发的、具有广谱适应性的新型预合金产品"CSB"(Cut-StoneBond:卡斯通预合金结合剂).作者通过大量的试验数据阐述了添加不同粒度、不同浓度、不同品级金刚石,以及添加各种金属(钴、镍、铜等)对CSB切割性能的影响.试验表明,CSB不仅对金刚石有良好的把持能力,同时通过添加适当适量的金属,还可以得到不同的以CSB为基的适应于不同使用要求的改性"CSB".并简要介绍了CSB作为基础预合金的使用方法.【总页数】5页(P5-8,12)【作者】吴志英;雷军;张兴中;宋英桃;王君【作者单位】河南卡斯通科技有限公司,郑州,450001;河南卡斯通科技有限公司,郑州,450001;河南卡斯通科技有限公司,郑州,450001;河南卡斯通科技有限公司,郑州,450001;河南卡斯通科技有限公司,郑州,450001【正文语种】中文【中图分类】TQ164【相关文献】1.金属基金刚石工具结合剂中添加合金元素的研究进展 [J], 司卫征;袁慧;张凤林;王成勇2.预合金粉结合剂真空无压烧结制备金刚石工具 [J], 侯明;郭胜惠;高冀芸;杨黎;彭金辉;王梁;叶小磊;梁宝岩3.预合金结合剂成分及烧结工艺对金刚石工具性能的影响 [J], HOU Ming;GUO Shenghui;GAO Jiyun;YANG Li;WANG Liang;YE Xiaolei4.金刚石工具用适配型CuSnZnNi预合金粉末的研制 [J], 于奇;马佳;龙伟民;钟素娟;于新泉;潘建军5.金刚石工具中金刚石与金属结合剂之间的界面 [J], 张凤林;周玉梅;王成勇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

3国家自然科学基金项目(项目编号:50605009)广东省科技攻关项目(项目编号:2005B10201027)广东工业大学博士启动项目(项目编号:043035)收稿日期:2006年10月金刚石工具中金刚石与金属结合剂之间的界面3张凤林　周玉梅　王成勇广东工业大学摘　要:金属基金刚石工具中的金刚石与结合剂之间的界面微观结构对结合剂与金刚石的粘结强度、金刚石的出刃状态以及金刚石工具的使用性能和寿命都有重要的影响。

本文综述了多层和单层金属基金刚石工具中的碳化物形成元素、稀土元素等在结合剂与金刚石的界面上的作用机理和界面特征的研究进展,其中重点对钎焊单层金刚石工具中金刚石—钎料之间界面的微观结构进行了分析。

关键词:金刚石,　结合剂,　界面I nterfacial Microstructure betw een Diamond and Metal Bonds inMetal Matrix Diamond ToolsZhang Fenglin Zhou Y umei Wang Chengy ongAbstract :The interfacial microstructure between diam ond and bonds in metal matrix diam ond tool play an important role on the bonding of diam ond ,protrusion status ,machining performance and tool life.In this paper the research advance about the w ork 2ing mechanism of carbide forming elements and rare earth on the interface and the interfacial microstructure in multi 2layer and m ono 2layer metal matrix diam ond tools are summarized.Especially the interfacial microstructure between diam ond and filler alloy of brazed m ono 2layer diam ond tool are analyzed.K eyw ords :Diam ond ,　Bonds ,　Interface 1　引言随着现代制造业的高速发展,尤其是电子信息、航空航天、新材料等产业的发展,对半导体、功能陶瓷、高温合金、磁性材料、光学晶体等先进的硬脆材料的切割、磨削、抛光加工需要大量的高性能金刚石工具。