预合金粉末与金刚石的扩散连接

摘 要: 本文简述了人造金刚石在石材加工工具中的应用情况，水雾化纯铁粉指出工具使用中大量的金刚石并非磨损失效，而是以脱落形式流失，分析了金刚石流失原因是金刚石把持力不够导致了金刚石早期脱落。研究结果表明：预合金粉末法可以实现胎体与金刚石的扩散连接，继而阐明了采用预合金粉末法实现对金刚石的扩散钎焊连接是改进金刚石工具使用性能的有效途径；在预合金粉末的制取中离心气水联合雾化是较佳的制取技术；预合金粉末的成分和热压烧结工艺决定了对金刚石的扩散连接的效果。

前 言

从1954年人造金刚石诞生起始，金刚石锯片在石材加工方面得到了大量应用，近年来，用于石材加工业需求的人造金刚石的数量不断上升，其耗用量约占全国人造金刚石总产量的90％左右。据国内外统计资料估计，目前世界上工业金刚石70％左右用于制造石材加工工具，其中占绝大多数的是金刚石圆锯片。

在金刚石圆锯片的使用过程中，金刚石的利用率比较低，这是因为刀头中的金刚石并非磨损失效，而是以脱落形式大量流失。传统的金刚石刀头制造是靠胎体对金刚石的把持作用固定金刚石，当胎体被磨损到金刚石露出高度较高时，金刚石会自行脱落。提高胎体与金刚石的结合力是避免金刚石早期脱落最有效的技术措施。

采用预合金粉末法实现对金刚石的扩散钎焊连接是提高金刚石与胎体的结合力的有效途径。在预合金粉末中添加铬、钛、钒、锆、镍、锰等金属一方面可以提高合金对金刚石的浸润性，增加金刚石的出刃高度，提高金刚石的利用率；另一方面工作，预合金粉末的化学成分稳定，克服了机械混合粉末的比重偏析、低熔点金属先熔与富集、易氧化及易挥发的金属在烧结过程中被烧损等影响胎体性能的因素，保证了金刚石刀头的稳定性和一致性。

1 预合金粉末的主要特性

人造金刚石刀头的胎体一般由骨架成分和粘结剂两组分构成，一般采用一组低熔点金属用作粘结剂，如果将多种金属预先熔炼成低熔点合金后再喷制成预合金粉末，预合金粉末是性能优良的粘结剂。

使用预合金粉末做为金刚石工具胎体的粘结剂，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，然后才制成粉末的，所以每颗粉末中都包含了组成合金的各种金属元素，这就比机械混合多种单一金属粉末要均匀得多。在烧结成金刚石刀头过程中，只要温度升到预合金粉末的熔化温度，整个粘结成分的粉末就熔化，而不会出现无法兼顾粘结剂中不同组分熔化温度差距大难以制订合理烧结温度的难题。

采用预合金粉末作为金刚石工具胎体的粘结剂的主要优点有以下几条。

采用预合金粉末制造的金刚石工具，可以提高胎体对金刚石的包镶能力，并且抗冲击等性能较好，提高金刚石的利用率。

预合金粉末中不含易挥发易氧化单质元素，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。

能根据工作对象性能的差异有针对性的选用不同性质的预合金粉末，简化了胎体配料工作。刀头烧结温度的高低主要取决于粘结金属中高熔点金属熔点的高低，预合金粉末的熔化温度较低，热压温度低，能避免烧结高温对金刚石造成的热损伤。

预合金粉末熔化区间窄，在一定烧结温度下应能刚好润湿金刚石，而在压力作用下又能流动。在热压过程中，预合金粉末与骨架成分反应，有利于增强胎体机械性能，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。