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在金属结合剂镀铬金刚石金刚石工具中的实用分

  • 来源:
  • 作者:hongxiang
  • 2017-08-18
 金属结合剂金刚石工具因具有强度高,成型性 好,能够满足高速磨削和超精密磨削的要求等显著 特点,而被广泛运用于硬脆材料磨削的重要加工中。 金属结合剂金刚石工具通常由以Fe、Co、Cu和Ni 等为主的结合剂与金刚石烧结而成。由于以共价结 合的金刚石晶体与上述结合剂无化学亲和力,界面 不浸润,金刚石颗粒只能机械地镶嵌在结合剂基体 中。工作过程中,在磨削力的作用下,胎体金属失去 对金刚石的卡固使其自行脱落,严重影响了工具的 寿命,降低了加工效率。金刚石表面金属化是目前 解决此问题的一般方法,其实质是在金刚石表面直 接镀覆上容易形成碳化物的金属,如Ti、Cr和Ni 等,通过升温加热,使得金刚石表面形成均匀的化合 键合层。通过镀覆处理后的金刚石颗粒,在金刚石工 具制造烧结过程中,金属化的金刚石表层与金属胎 体结合剂实现金属间的冶金结合,从而减少磨削过 程中金刚石颗粒的脱落。
1.镀铬金刚石的结构与性能1.1镀铬金刚石的物相分析
采用40〜50目(300〜425 iuim)金刚石颗粒,以
纯Cr作为靶材,双阴极等离子溅射镀钛源极电压 900V,工件电压350V,工作气压35Pa(氩气),极间 距10mm,保温时间lh。
对镀覆前后的金刚石分别采用S-3400N扫描电镜分析金刚石颗粒的表面形貌,采用日本理学 RigakuD/max-rAlOX射线衍射仪进行物相分析。图I
为金刚石在镀钛前后的表面形貌。由图1(a)可以看 出,普通金刚石镀覆前表面比较光滑、无包裹体;而 图1(b)为经过镀铬处理的金刚石,它的表面出现了 一层致密的点状物,这种点状物均匀地生长在金刚 石表面,且弥补了金刚石表面原有的一些缺陷。
将镀铬后的金刚石进行950°C高温处理,图2 为高温处理后的金刚石与未经高温处理的镀铬金刚 石的XRD对比图。可以看出,普通金刚石经过双阴 极等离子溅射镀钛后,在高温状态下表面铬层与金 刚石发生了界面反应生成了碳化层。金刚石的碳原 子间隙层扩散到Cr层中,在金刚石界面外延生长出 高碳化合物Cr7C3。 压强度与冲击强度。分别采用金刚石单颗粒静压强度 测定仪和人造金刚石冲击强度测定仪检测。如表I所 示,金刚石的单颗粒静压强度和冲击强度在镀铬后 都有很大的提高。图3为镀铬金刚石与未镀覆金刚 石在升温过程中静压强度变化的对比图。可以看出, 未经镀覆的金刚石,在升温过程中,静压强度持续下 降,且温度越高下降幅度越大。而镀铬金刚石随温度 的下降,静压强度也有所下降,但并不明显,并且同 等温度下较之未镀覆金刚石,静压强度也有很大程 度的提尚。
1.2镀铬金刚石力学性能分析
金刚石单颗粒的力学性能主要包括单颗粒的静这是因为,镀层在加热过程中起到了一定的隔 离保护作用,在镀覆过程中,扩散进入镀层的钛和碳 元素化合形成碳化物,在金刚石表面外延处生长成 一层致密、连续且与金刚石成冶金结合的碳化物过 渡层,活化的镀层金属会进入金刚石表面的微裂纹、 孔穴和其它缺陷中,在毛细管力的作用下,渗入和填 满这些缺陷,通过对表面缺陷的弥合以及对裂纹尖 端的钝化作用使金刚石强化。并且镀层的存在,阻止 了高温过程中有害物质对金刚石的腐蚀和石墨化造 成的对金刚石的晶形变化及强度降低。