PDF《Cumn 基含 Ti 预合金钎焊金刚石的结合界面分析》

收稿日期:2006 -

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19 基金项目:陕西省工业攻关资助项目 (2005K06 - G8) !参加此项研究工作的还有憨 勇Cumn 基含 Ti 预合金钎焊金刚石的结合界面分析 袁洁, 赵宁, 南俊马, 徐可为! (西安交通大学 金属材料强度国家重点实验室,西安 710049) 摘要:设计并用气雾化法试制以 CuMn 为基的含 Ti 预合金粉末, 以此为粘结胎体在 粗真空钎焊条件下制备金刚石复合材料, 考察预合金与金刚石之间的界面结合状况.

钎焊制备的主要依据是经差热分析测定的预合金熔点 (约为1

151 K) 和试验定性观测 的流动性及铺展性.结果表明, 在试验条件下伴随界面两侧成分的迁移变化, 预合金胎 体中的 Ti 原子与金刚石表层的 C 原子发生化学反应并生成 TiC, 且呈非连续岛状分布 于金刚石表面, 这有助于提高金刚石的把持力. 关键词:钎焊;

结合界面;

含Ti 预合金粉末;

冶金结合;

金刚石 中图分类号:TG454 文献标识码:A 文章编号:0253 - 360X (2007)

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04 袁洁0序言金刚石工具常用的制造方法是以金属粉末作为 结合剂, 混入金刚石颗粒, 经成形、 烧结获得.结合 剂对金刚石颗粒的把持力是影响金刚石工具使用寿 命、 切割效率等性能的最关键因素之一.由于金刚 石具有很高的化学惰性, 使得普通金属结合剂与金 刚石之间较难形成化学冶金结合, 而是以机械镶嵌 作用把持金刚石, 因而在切割过程中金刚石容易脱 落, 缩短了金刚石工具的使用寿命, 降低了加工效 率.因此, 如何改善结合剂与金刚石间的界面结合 状态, 提高结合剂对金刚石的把持力是金刚石工具 制造中的核心问题.文献 [1] 通过金刚石表面金属 化来提高基体与金刚石的界面结合力, 旨在通过金 刚石表面改性, 即给金刚石外表镀覆各种金属层, 以 增强胎体金属对金刚石表面的浸润性, 减轻金刚石 的热损伤, 但仅仅是在金刚石表面包裹了一薄层金 属衣, 其间并没有生成金属碳化物过渡层, 这种机制 仍以机械包镶为主.文献 [2, 3] 直接在单质粉末中 添加碳化物形成元素 (Ti, Cr, Zr, V 等) 来提高结合剂 对磨料的把持能力, 虽然这些元素能很好地浸润金 刚石, 但其熔化温度较高, 为寻求冶金结合, 必须使 其达到熔融或半熔融状态, 这将增大金刚石石墨化 倾向, 至少不同程度影响了金刚石自身的强度.目 前国内使用的 NiCrBSi 钎料虽对金刚石具有较高的 把持强度, 但其钎焊温度达到1 080C, 会对金刚石 不可 避免地造成热损伤. 市售的BNi7 钎料在950 C时虽对金刚石的湿润性很好, 但发现在金刚 石与钎料间的结合界面内易出现裂纹, 从而降低了 结合 强度[4] . AgCuTi 合金的钎焊温度较低(约780 C) , 是钎焊制造金刚石制品理想的钎料, 但仅 限于薄带状使用, 迄今未见市售的粉体材料, 且因使 用高 含量的Ag 元素(72% 以上) , 大大增加了成本[5] .另外, 从胎体材料的组成看, 目前所使用的胎 体材料多为单质元素粉末, 这些粉末熔点大不相同, 在后期制作烧结温度相同时, 无法完全合金化, 且胎 体成分也难以均匀, 制约了金刚石制品的升级换代. 近年人们开始重视胎体粉末的预合金化问题.由于 预合金是预先熔炼合成, 然后才制成粉末的, 所以每 颗粉末中都包含了组成合金所需的各种金属元素, 这比机械混合多种单一金属粉末要均匀得多, 且预 合金化粉末烧结温度低, 流动性好, 能有效调整胎体 耐磨性, 提高胎体对金刚石的把持能力 [6 - 8] .法国 Eurotungstene 公司研制的NEXT 预合金粉末、 德国Fritsch 公司研制的 Diabase 预合金粉末、 比利时 Umi- core 公司研制的 Cobaiite 系列预合金粉末都已经以 优异性能广泛应用于金刚石工具生产 [9] .但目前对 预合金粉末的研究主要集中在粉末的配比上, 关于 预合金粉末与金刚石界面的微观结构及其作用机制 尚未见报道. 鉴于此, 试制了以 CuMn 合金为基的含 Ti 元素 预合金粉末, 并用其作为结合剂, 在粗真空钎焊条件 下对金刚石与结合剂的粘结状况及 Ti 原子的扩散 机理进行了分析, 为预合金粉末在金刚石工具中的 工业应用提供理论和试验依据. 第28 卷第6期2007年6月焊接学报TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION Voi .