预合金粉末在金刚石工具烧结中的钎焊作用

　　

 

　　摘要 通过增加钴、镍、铬、钛的比例可以提高胎体对金刚石的把持力，从而达到提高金刚石工具寿命的目的，但是过硬的胎体降低工具的切削效率。为解决寿命和效率的矛盾，采用预合金粉末替代单质金属粉加入胎体粉中热压烧结，使得胎体粉和金刚石颗粒之间形成钎焊连接。简述了金刚石工具中人造金刚石的存在状态，分析了金刚石从出刃、刻划、切削、磨损、暴露、破碎到脱落的使用寿命过程，指出工具使用中大量的金刚石并非磨损失效，而是以破碎、脱落形式流失。

 

　　预合金粉末中含有强碳化物形成元素，预合金粉与金刚石的亲和力强，在烧结过程中可以实现胎体与金刚石的钎接，使金刚石的出刃高度大大提高；预合金粉的熔化温度区间与烧结温度相匹配，避免了刀头的毛刺、飞边，减小裂纹发生倾向。

 

　　使用预合金粉末作为金刚石工具胎体的结合剂，易于调整胎体性能，使之更适宜于加工对象，同时由于预合金是预先熔炼成合金，然后猜制成粉末的，所以每颗粉末中都包含了组成合金的各种金属元素，这比机械混合多种单质金属粉末要均匀、可靠的多。

 

　　预合金粉末的主要特性有：预合金粉末熔化区间窄，在一定烧结温度下应能刚好湿润金刚石，而在压力作用下又能流动；在热压过程中，预合金粉末熔化为液态与骨架金属反应，有利于增强胎体的力学性能，又不会形成低熔脆性相；在金刚石工具正常的工作温度下，预合金粉末不会重熔或形变，保证了粘结层能够承受胎体中硬质颗粒（骨架成分和金刚石）传给它的应力而不产生变形或松动；预合金粉末中不含易挥发和易氧化单质元素，采用预合金粉末制造的金刚石工具，提高了胎体的致密性和均匀性，从而改善了胎体的磨损状态。

 

　　钎焊连接可以提高金刚石烧结体的使用寿命。预合金粉末对金刚石的钎焊连接是基于在金刚石上形成碳化物的条件下的，但是碳化物的形成是一个原子扩散迁移的缓慢过程，需要在一定的温度下保持较长时间，为了实现这种扩散，金刚石烧结体必须采用是热压烧结或者冷压——真空烧结工艺。

 

　　金刚石工具热压时，需要一定的温度、压力和时间，其目的就是胎体材料中复杂铜合金中的碳化物形成元素（铬、钒、钛等）与金刚石界面形成极薄的碳化物，这样就产生了金刚石与金属胎体的扩散钎焊结合。在空气中铬、钛、钒容易氧化失去作用，结合剂中的铁、钴、镍元素容易引发金刚石石墨化，所以必须采用真空热压或气保护热压。国内外大量研究表明：金刚石形成碳化物的*低温度是620℃，而人造金刚石在760℃开始（即使在真空条件下），也会出现不同程度的强度下降。所以在满足钎焊连接条件的前提下，尽量避免金刚石品质下降，选取合理的热压温度和时间是关键技术。