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摘要：電鍍金剛石工具中存在的把持力不足、顆粒脫落等問(wèn)題,嚴(yán)重影響了工具的使用壽命和效率。文章綜述了國(guó)內(nèi)外近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的改進(jìn)電鍍金剛石工具性能的方法,歸納成以下三大類(lèi):1、改進(jìn)鍍層胎體材料性能,提高鍍層對(duì)金剛石的支撐和結(jié)合作用;2、通過(guò)提高金剛石與胎體的接觸面積,消除金剛石與鍍層之間的空隙;3、對(duì)金剛石顆粒表面處理,使金剛石與鍍層間形成化學(xué)鍵結(jié)合。文中對(duì)各種方法進(jìn)行了詳細(xì)的描述,對(duì)一些有潛能的方法進(jìn)行了推薦,以期讀者對(duì)電鍍金剛石工具的改進(jìn)方法有一個(gè)全面系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。
關(guān)鍵詞：電鍍金剛石工具;顆粒結(jié)合力;胎體材料;接觸面積;化學(xué)鍵
中圖分類(lèi)號(hào)：TQ164 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A
0 引言
由于金剛石具有高硬度、高強(qiáng)度、高耐磨性以及線膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異的物理化學(xué)特性,被用來(lái)制作金剛石工具用于加工硬而脆的難加工材料。電鍍法制備金剛石工具是通過(guò)金屬的電沉積,將松散的金剛石顆粒固結(jié)在電鍍層中,使金剛石顆粒具有切削能力。采用電鍍法制備金剛石工具制造溫度低,避免了對(duì)金剛石的熱損失,并且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)便,設(shè)備投資少,制造周期短,成型方便以及可以修復(fù)等。因此,電鍍金剛石制品已有各種砂輪、磨頭、什錦銼、掏料刀、修整滾輪、地質(zhì)鉆頭、擴(kuò)孔器、內(nèi)外圓切割片、鉸刀、線鋸等專(zhuān)用工具,在機(jī)械、電子、建筑、鉆探、光學(xué)玻璃加工等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1-3]。
目前,國(guó)內(nèi)外在用電鍍法制備金剛石工具時(shí),存在的主要問(wèn)題是鍍層胎體金屬與金剛石顆粒間的結(jié)合力低,使用中金剛石顆粒受到力的作用時(shí),容易松動(dòng)脫落,致使使用壽命短。產(chǎn)生這些現(xiàn)象的主要原因是用電鍍法制備金剛石工具時(shí)制造溫度低,致使金剛石顆粒表面不易為一般金屬所浸潤(rùn),不但得不到強(qiáng)力的化學(xué)鍵結(jié)合,而且經(jīng)常產(chǎn)生間隙。另外,受電鍍工藝的影響,金剛石工具鍍層金屬可選類(lèi)型有限(只限于鎳、鉻等少量金屬及其合金),不像熱壓工具所使用的金屬類(lèi)型那樣廣泛。
針對(duì)以上問(wèn)題,人們采用了各種措施來(lái)解決金剛石與鍍層金屬的結(jié)合力。本文綜合介紹了國(guó)內(nèi)外近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的改進(jìn)電鍍金剛石工具性能的方法,并對(duì)它們進(jìn)行了歸納分類(lèi),希望能給人一詳細(xì)而清晰的認(rèn)識(shí)。
1 改進(jìn)胎體材料
電鍍金剛石工具中,鍍層對(duì)金剛石起支撐和結(jié)合作用,被稱(chēng)為胎體或基質(zhì)金屬,它決定著金剛石顆粒能否充分發(fā)揮切削作用,一般要求它滿(mǎn)足高硬度、高耐磨性和較高的韌性等性能要求,所以人們首先考慮到采用提高胎體材料的性能方法改進(jìn)金剛石工具。
1.1 胎體金屬的合金化
雖然單一鍍層(如鎳)具有較高的強(qiáng)度,特別是韌性,但是一般硬度較低,因而人們多采用合金鍍層。
1.1.1 Ni-Co二元合金鍍層[1-5]
鈷不僅能提高鎳金屬的強(qiáng)度(鎳鈷合金的胎體抗壓強(qiáng)度為1600MPa),而且能提高胎體金屬的抗熱性能,在800℃時(shí)的NiCo二元合金胎體金屬?gòu)?qiáng)度極限為500MPa,還能提高胎體金屬的韌性。因而NiCo二元合金鍍層成為廣為采用的胎體材料,然而有時(shí)NiCo二元合金鍍層的硬度仍是不足,在加工堅(jiān)硬且研磨性極強(qiáng)的材料時(shí),胎體消耗很快。而且NiCo鍍層只有在鈷含量達(dá)到約30%時(shí),才能保證較高的硬度及耐磨性,大量昂貴的金屬鈷增加了成本。
1.1.2 NiMn二元合金鍍層[6]
金屬錳比鈷更能提高鎳胎體硬度、強(qiáng)度和耐磨性。鎳錳胎體硬度比鎳鈷胎體硬度提高洛氏(HRC)10度左右。合金中錳的含量雖然很少,但對(duì)胎體性能影響很大。鎳錳胎體金剛石鉆頭在堅(jiān)硬強(qiáng)研磨性地層鉆進(jìn)時(shí),平均壽命和時(shí)效分別比鎳鈷胎體鉆頭提高55%和30%,同時(shí),鎳錳胎體鉆頭不需高轉(zhuǎn)速、大壓力,有利于減少材料的消耗,降低鉆探成本。但是NiMn二元合金鍍層脆性較高,易開(kāi)裂,使工作層易于碎裂。
1.1.3 NiCoMn三元合金鍍層[7]
NiCoMn三元合金鍍層具有更高的綜合機(jī)械性能。硬度比NiCo高,脆性又比NiMn低,正符合電鍍金剛石制品對(duì)胎體的要求。采用NiCoMn三元合金鍍層制作的石材工具比采用NiCo二元合金鍍層制品更加鋒利,更加耐用,特別對(duì)硬質(zhì)石材,更能顯示出優(yōu)勢(shì)。因節(jié)約大量昂貴材料鈷,NiCoMn三元合金鍍層成本低。NiCoMn三元合金鍍層的機(jī)械性能可在大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整,滿(mǎn)足更廣泛場(chǎng)合的需求。但在獲得NiCoMn三元合金鍍層時(shí),鍍液成分復(fù)雜,穩(wěn)定性不易控制。
1.2 胎體金屬的復(fù)合化
復(fù)合鍍層是通過(guò)共沉積的方法,將一種或數(shù)種不溶性的固體顆粒、纖維均勻地夾雜到金屬鍍層中所形成的特殊鍍層。由于復(fù)合鍍層內(nèi)均勻的彌散著大量固體微粒,這些硬質(zhì)微粒,會(huì)對(duì)晶粒之間的滑移產(chǎn)生很大的阻礙作用,使金屬獲得有效的強(qiáng)化。
