金刚石工具胎体中各金属元素的行为作用

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金属粘结剂金刚石工具中，应用最多的有铜及铜基预合金。这些金属粘结剂广泛应用于金刚石锯片、金属矿地质钻头、金属粘结剂砂轮、磨块、磨轮、厚（薄）壁工程钻头、石油钻头、地坪磨片等。在这些工具的胎体中，铜基粘结剂展现出优秀的综合性能，如较低的烧结温度、良好的成型性和可烧结性，以及与其他金属元素的相容性。以下为胎体中各金属元素的具体行为作用。

红铜及铜基预合金之所以应用广泛，主要是因为它们具有满意的综合性能，且较低的烧结温度，良好的成型性和可烧结性，以及与其他金属元素的出色相容性。虽然铜对金刚石几乎不润湿，但通过与某些元素（如Cr、Ti、W、V、Fe等）制成合金，可以大幅度改善铜合金对金刚石的润湿性。

铜基合金中的白铜合金具有比青铜、黄铜更高的强度，而青铜合金则具有对金刚石（石墨）最低的润湿角，因此在金刚石工具中使用最为广泛。黄铜的强度位于两者之间。

Cu与Ni、Co、Mn、Sn、Zn等元素形成固溶体，使基体金属得到强化。铜对骨架材料如W、WC、TiC等的润湿情况比对金刚石的润湿性好很多。

在铜基合金中，加入Ni可以强化胎体合金，抑制低熔点金属流失，增加韧性和耐磨性。锡是降低液态合金表面张力的元素，可以降低液态合金对金刚石（石墨）的润湿角，改善粘结金属对金刚石（石墨）的润湿性。Cu-Sn合金对金刚石有很好的润湿性，而Cu-Sn-Ti合金在液态下对金刚石几乎完全润湿，Sn降低表面张力，Ti作为强碳化物形成元素，使合金和金刚石内界面张力大大降低。

面心立方结构的金属如Ni，具有良好的延展性、韧性和抗氧化性，与铜可以无限互溶，是金刚石工具粘结剂中不可或缺的元素。Ni在Cu基胎体合金中，可以抑制低熔点金属流失，增加韧性和耐磨性。在Fe基合金中，Ni和Cu的适当搭配可以降低烧结温度，减轻粘结金属对金刚石的热蚀，提高Fe基粘结剂对金刚石的把持力。

镍在金刚石表面以膜的形式附着，一般不发生界面反应。在特定条件下，镍能与金刚石形成碳化物（Co₂C），同时又能与极薄的钴膜铺展在金刚石表面，降低合金的熔点，改善压制成型性。金属锌虽然在改变对金刚石的润湿性上不如锡，但由于其熔点低、变形性好，也是火法冶金中良好的脱氧剂。铝在粉末冶金中是脱氧剂，形成Al₂O₃弥散分布，提高制品的粉末冶金质量。锰是弱脱氧剂，但在Fe基中高温下对粘结剂强化作用明显。铬在铜基合金中加入少量可以降低铜基合金对金刚石的润湿角，并提高粘结强度。在钴基合金中，Cr的加入可以提高胎体抗弯强度。

Ti作为强碳化物形成元素，在Co-Cu系中，随Ti含量增加，抗弯强度升高，硬度略有降低。TiAl合金的加入可以显著提升金刚石胎体抗弯强度。在W作为骨架材料的工具中，W和其他粘结金属如Cu、Co、Ni、Fe等都有较好的相容性，生成Si、W化合物如W₃Si₂和WSi₂，可以有效降低合金的熔点，改善合金性能。

Si作为金刚石工具的粘结剂元素，具有低线膨胀系数、良好的相容性与脱氧能力，可以有力降低合金的熔点，是强化铁素体和扩大α相区的有利元素。La、Ce等稀土元素在金刚石工具中具有很强的脱氧、脱硫、脱氨作用，可以抑制氧化物、硫化物、氮化物等杂物在界面偏聚，改善合金性能。Ce的加入可以细化晶粒，提升性能，提高抗弯强度，并且在高Co或纯Co胎体中，Ce的提高有利于胎体机械性能的提高。在青铜基胎体中，少量Ce即可起到很好的作用。