多层金属超硬工具使用问题及分析之磨料把持力

磨料把持力低的砂轮使用中的常见问题，今天我们分享的这篇文章对此问题进行的分析，并提出现有对策，值得一读。...



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在多层金属结合剂超硬磨料工具的实际使用中遇到的突出问题是胎体对磨料结合把持强度低，磨料易脱落；磨料出刃难，出刃后出露程度保持难；磨料随机分布导致工作面上磨料负荷与磨削过程失衡。针对上述问题，国内外从业人员做了大量工作，取得了一定的效果。

今天我们先谈谈磨料把持力低的问题，及现有的对策。

结合剂对磨料的把持力主要来源于结合剂与磨料的物理结合力与化学结合力两方面。其中物理结合力主要来源于机械镶嵌力，其大小取决于胎体材料的强度和硬度以及胎体的孔隙率，其相对于化学结合力要弱许多。

如何提高结合剂对超硬磨料的把持能力，亦即如何在结合剂与超硬磨料间形成化学结合，是多层烧结超硬磨料工具制造研究中的关键技术和难点之一，受到了广泛的关注。由于超硬磨料化学性质稳定，难以与目前广泛采用的结合剂材料直接发生化学结合，因此采用易与超硬磨料发生化学反应的活性元素在超硬磨料界面形成相应反应物。通过超硬磨料与反应物以及反应物与结合剂的化学结合达到提高结合剂对超硬磨料把持能力的目的成为主要思路与途径。

当前在工艺上普遍采用在胎体中添加活性元素和对磨料表面先作金属化处理的新烧结工艺。例如，直接在烧结原料中添加活性的Ti(TiH2)、Cr和稀土元素等，制备金属结合剂金刚石烧结工具；采用在金刚石和立方氮化硼磨料表面镀上Ti、Cr等活性金属或它们的合金镀层，通过它们在高温烧结过程中与磨料和结合剂的反应与扩散，在磨料和结合剂间达到期望的化学结合，提高结合剂对磨料的把持能力。

虽然，不同的研究者采用了不同的金属结合剂配方，所测得的试验数据有所差异，但试验结论基本一致，即这些工艺措施可提高结合剂对磨料的把持强度。例如，吴贻琨等在Co基结合剂中加入Cr或Ti，可使胎体材料的抗弯强度分别提高35％和20％，加入金刚石后，其抗弯强度的下降由原来不加这些元素的28％分别减少到10％和13％。臧建兵等利用镀Ti金刚石烧结的工具在磨削试验中不出现金刚石的整粒脱落现象，而同等条件下金刚石未镀附的烧结工具在磨削试验中金刚石脱落现象严重，其脱落率在60％以上。

在上述工艺增强把持能力的机理研究中，多数研究者通过多种微观分析方法，观察到在结合剂中活性元素分布不均衡现象，即在超硬磨料周围微区活性元素富集，而随离超硬磨料表面距离的增大，活性元素质量分数急剧下降，同时X射线衍射的物相分析也探测到了活性元素形成的碳化物或氮化物的存在。据此推断这些活性元素与超硬磨料发生化学反应，生成相应反应物，通过这些反应物作为过渡层，改善结合剂对超硬磨料的润湿，同时达到化学结合，以此印证原先的构想。此虽为目前比较普遍一致的观点，但仅是一种推断，并未真正观察到超硬磨料表面的反应物过渡层及其结构形态，因此推断的有效性仍需探讨。

节录自论文《多层烧结超硬磨料工具现状综述与未来发展构想》，作者：苏宏华。

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