Rola poszczególnych pierwiastków w spoiwie pił diamentowych

Diamentowe brzeszczoty są wytwarzane poprzez spawanie segmentów diamentowych do podstawy (korpusu stalowego). Segmenty diamentowe wykonane są z drobnych diamentowych cząstek ściernych i proszku metalicznego w wysokiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem. Jednym z czynników wpływających na wydajność segmentów diamentowych i brzeszczotów pił są elementy metalowe w spoiwie segmentów diamentowych.

W artykule, bazującym na ponad dwudziestoletnim doświadczeniu w produkcji narzędzi diamentowych, dokonano krótkiej analizy roli poszczególnych pierwiastków w spoiwie segmentów pił diamentowych.

 

 

Miedź i stopy na bazie miedzi-są najczęściej stosowanymi metalami w metalowych spoiwach narzędzi diamentowych, przy czym najpowszechniejszym jest proszek miedzi elektrolitycznej. Miedź i stopy na bazie miedzi-mają niskie temperatury spiekania, dobrą odkształcalność i spiekalność oraz dobrą wzajemną rozpuszczalność z innymi pierwiastkami. Chociaż miedź prawie nie zwilża diamentu, stopy miedzi z pewnymi pierwiastkami mogą znacznie poprawić jej zwilżalność w diamentie. Na przykład stopy miedzi wykonane z jednego z pierwiastków tworzących węglik-, takiego jak Cr, Ti, W, V i Fe, mogą znacznie zmniejszyć kąt zwilżania stopu miedzi do diamentu. Miedź może tworzyć różne roztwory stałe z niklem, kobaltem, manganem, cyną i cynkiem, wzmacniając metal osnowy.

 

 

 

Cyna jest pierwiastkiem zmniejszającym napięcie powierzchniowe ciekłych stopów i wpływającym na zmniejszenie kąta zwilżania ciekłych stopów do diamentu. Jest pierwiastkiem poprawiającym zwilżalność metalu spoiwa z diamentem, może obniżyć temperaturę topnienia stopu i poprawić odkształcalność w procesie tłoczenia. Dlatego Sn jest szeroko stosowany w spoiwach, ale jego zastosowanie jest nieco ograniczone ze względu na duży współczynnik rozszerzalności cieplnej.

 

 

W narzędziach diamentowych Zn i Sn mają wiele podobieństw, takich jak niska temperatura topnienia i dobra odkształcalność. Jednakże Zn nie jest tak skuteczny jak Sn w zmianie zwilżalności na diament. Zn metaliczny ma wysoką prężność pary i łatwo odparowuje, dlatego należy dokładnie kontrolować ilość stosowanego Zn.

 

 

 

Aluminium jest doskonałym metalem lekkim i dobrym odtleniaczem. Przy 800 stopniach kąt zwilżania Al do diamentu wynosi 75 stopni, a przy 1000 stopniach kąt zwilżania wynosi 10 stopni. Dodanie proszku aluminiowego do spoiwa narzędzi diamentowych może powodować powstawanie węglików Ti3AlC i związków międzymetalicznych TiAl w stopie osnowy.

 

 

Żelazo pełni w spoiwach podwójną rolę: po pierwsze tworzy z diamentem węgliki cementytu; po drugie, łączy się z innymi pierwiastkami w celu wzmocnienia matrycy. Żelazo ma lepszą zwilżalność diamentu niż miedź i aluminium, a jego przyczepność do diamentu jest wyższa niż kobaltu. Ponadto rozpuszczenie odpowiedniej ilości węgla w stopie na bazie Fe- jest korzystne dla jego wiązania z diamentem. Oznacza to, że umiarkowane trawienie diamentu stopem na bazie Fe-może zwiększyć siłę wiązania pomiędzy spoiwem a diamentem. W rzeczywistej produkcji powierzchnia pęknięcia brzeszczotu z reguły nie przedstawia gładkiego, odsłoniętego diamentu, ale raczej pokrywającą go warstwę stopu, co jest przejawem zwiększonej siły wiązania.

 

 

Co i Fe są pierwiastkami przejściowymi o podobnych właściwościach. W określonych warunkach Co może utworzyć węglik Co2C z diamentem i pokryć powierzchnię diamentu niezwykle cienką warstwą kobaltu. Zatem Co może zmniejszać napięcie międzyfazowe z diamentem i ma silną adhezję do diamentu w fazie ciekłej, co czyni Co doskonałym materiałem wiążącym.

 

 

Nikiel ma strukturę sześcienną-centrowaną na powierzchni, dobrą ciągliwość, wytrzymałość i odporność na utlenianie. Jest nieskończenie mieszalny z miedzią. Nikiel jest pierwiastkiem sprzyjającym austenityzacji i może rozszerzać -obszar fazowy. Z trudem reaguje z węglem, a reakcja międzyfazowa z diamentem prawie nie zachodzi podczas spiekania-w wysokiej temperaturze. Jednakże ciekły Ni może mocno przylegać do powierzchni włókien węglowych, tworząc niezwykle cienką warstwę.

 

W diamentowych spoiwach narzędziowych Ni jest pierwiastkiem niezbędnym. W stopach na bazie Cu-dodanie Ni pozwala na nieskończoną mieszalność z Cu, wzmacniając stop z osnową, hamując utratę metali o niskiej-topliwości-oraz zwiększając wytrzymałość i odporność na zużycie. Dodanie Ni i Cu do stopów na bazie Fe-może obniżyć temperaturę spiekania, zmniejszyć erozję termiczną diamentu przez metal wiążący, a dobór odpowiednich proporcji Fe i Ni może znacznie poprawić siłę trzymania spoiwa na bazie Fe-na diamencie.

 

 

W spoiwach metali mangan działa podobnie jak żelazo, ma jednak silniejsze właściwości penetracyjne i odtleniające oraz łatwo ulega utlenieniu. Generalnie ilość dodanego Mn nie jest duża, a pełni on funkcje odtleniające i wzmacniające matrycę.

 

 

 

Chrom jest pierwiastkiem silnie-tworzącym węgliki. W osnowie brzeszczotów z rowkami diamentowymi chrom może odgrywać- rolę tłumienia dźwięku, co jest związane z energią aktywacji Cr. Dodanie niewielkiej ilości Cr do matrycy na bazie Cu-może zmniejszyć kąt zwilżania stopu na bazie miedzi-w diament i poprawić siłę wiązania pomiędzy stopem na bazie miedzi-i diamentem.

 

 

Tytan jest pierwiastkiem silnie tworzącym węgliki-, który łatwo ulega utlenieniu i trudno ulega redukcji. W obecności tlenu Ti preferencyjnie tworzy TiO zamiast TiC. Tytan metaliczny jest dobrym materiałem konstrukcyjnym, posiadającym takie właściwości, jak minimalna redukcja wytrzymałości w wysokich temperaturach, odporność na ciepło, odporność na korozję i wysoką temperaturę topnienia. Badania wykazały, że dodanie odpowiedniej ilości tytanu do osnowy brzeszczotu diamentowego korzystnie wpływa na poprawę żywotności brzeszczotu.

 

 

Wolfram jest pierwiastkiem silnie tworzącym węglik- i może być stosowany jako materiał na szkielet. Osadzanie pewnej ilości proszku wolframu na powierzchni diamentu po spiekaniu tworzy na powierzchni diamentu WC, W₃Co₃V i W₄Co₂C. Wolfram ma dobrą kompatybilność z innymi metalami wiążącymi, takimi jak Cu, Co, Ni i Fe.

 

 

 

 

Pierwiastki ziem rzadkich mogą skutecznie obniżyć temperaturę topnienia stopu; La i Ce mają silne działanie odtleniające, odsiarczające i odamoniujące, hamując segregację tlenków, siarczków i azotków na granicy faz; mogą poprawić wytrzymałość materiału na zginanie; w matrycach o wysokiej-Co lub czystym Co dodatek pierwiastka ziem rzadkich Ce jest korzystny w celu poprawy właściwości mechanicznych matrycy, a dodanie niewielkiej ilości Ce (około 0,12% wag.) do matrycy na bazie brązu- może osiągnąć dobre wyniki.

 

 

 

Krzem ma współczynnik rozszerzalności liniowej zbliżony do diamentu, niższy niż inne metale; wykazuje mniejsze efekty objętościowe podczas ogrzewania i chłodzenia; krzem ma dobrą kompatybilność z diamentem; krzem może obniżyć temperaturę topnienia stopu i ma silną zdolność odtleniającą.

Firma Quanzhou Huice ma ponad dwudziestoletnie doświadczenie w produkcji, wytwarzaniu oraz badaniach i rozwoju narzędzi diamentowych, specjalizując się w produkcji różnych narzędzi diamentowych.

Skontaktuj się teraz