5.2 结合剂中添加成份的影响
这里所说的添加成份是与合金中的主成份相对而言的,是泛指除主成份之外的其它组元。渗加成份一般用量较少,但也不尽然,有些渗加成分用量可能相当高。例如铜,在Co基、Fe基、WC基结合剂中,渗加成分用量都相当高,含量常常仅次于主成分而居于第二位,因而这三类结合剂其实也可以分别称为Co-Cu基、Fe-Cu基、WC-Cu基结合剂。
渗加成分按其在结合剂中所起作用可以大致划分为以下几类。
5.2.1 粘结成分
主要是指Cu、Sn、Zn等熔点低、硬度低的金属。这些金属在烧结过程中较早熔融,成为液相,使结合剂具有液相烧结的一切特征,在较低的温度下发生位移、扩散、致密化、合金化等一系列烧结过程中的物理化学变化,从而得到我们希望的烧结体。因而,粘结金属起着必不可少的重要作用。例如Sn、Zn,虽用量很少,但作用不可低估,它们的成份和用量即使只有2%-5%的变化,也会对烧结工艺条件(温度、压力、时间)和烧结体性能(密度、硬度、韧度)产生显著的影响。
5.2.2 骨架成分
这是指结合剂中硬度高、熔点高的添加成分。它可以提高结合剂的硬度和耐磨性。在Cu基、Co基、Fe基等非钨基结合剂中,W、WC、W2C就是骨架金属。
在Cu基结合剂中,Fe、Co、Ni也起骨架金属的作用。通过调节这些成分,可以调整产品性能和适用范围。
5.2.3 强化成分
这主要是指只要少量添加即可显著提高合金强度的那些金属元素,例如Mo、Be以及Ce等稀土元素。在Cu基结合剂中加入1.5%左右Be,可以提高强度和硬度3 5倍。同时,塑性显著降低,这意味结合剂的自锐性亦即锯片的锋利性将显著提高。
5.2.4 亲和成分
这是指能够增强结合剂对金刚石化学亲和力的成份。对金刚石能够产生化学亲和力的金属有两类。一类是Fe、Co、Ni等Ⅷ族过渡金属,它们在高温下是碳的溶剂,能够溶解金刚石,但不能与之生成稳定的化合物。另一类是Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W等周期表中的ⅣB、ⅤB、VIB族金属,它们对金刚石有更强的亲和力,能够在高温下与之生成稳定化合物,因此有人称之为碳化物形成元素。
这两类金属的作用不仅在于它们本身对金刚石的亲和作用,还有另外一个作用--它们的加入可能改善结合剂金属整体对金刚石的亲和性能,提高对金刚石的浸润性,增强结合剂对金刚石溶剂化作用。
5.3 结合剂机械性能的影响
作为锯片的金属结合剂,其机械性能要符合锯片的使用要求。锯片要求既要耐用,又要锋利,结合剂既要求有足够高的硬度和强度,又要求有足够的脆性,以便在锯切过程中适时磨损,保持金刚石有足够的出刃高度,从而保持锯片自锐性(自砺性)。
因此,对锯片的结合剂而言,其机械性能指标与普通的金属材料有所不同,并非强度和硬度越高越好,而是要适当;韧性更不允许太高,而是要有一定脆性。有人对此提出不同于通常强化金属材料要求的所谓"弱化"的概念。但应注意,并非越"弱"越好,而是强度、硬度、脆性都要适当。而且,对于不同用途、不同种类的锯片,这些指标各不相同,要求有各自适当的范围。一般的规律是,加工坚硬的可锯性差的石材,要求硬度、强度、韧性高一些;而对于加工可锯性好的软质石材而言,则这些机械性能指标相应宜低一些。生产实践中,普遍使用铜基结合剂加工大理石及软花岗石,使用WC基结合剂加工硬花岗石,使用Co基结合剂加工中等硬度石材。顺便指出,那种加工硬石材宜用软结合剂而加工软石材宜用硬结合剂的说法,似手缺乏足够的理论根据,也不符合生产实际。
从原材料的角度讲,为了保证结合剂的机械性能,不仅要确定适当的成份配比,还要注意各种金属粉末的粒度、表面状况(氧化程度等)、加入形式(单金属粉末,预合金粉末等)。粒度不可过粗,主成分应细于200目,添加成分一般应细于300目,Ti、Cr等少量添加成分粒度应更细一些。否则,在结合剂中的分散程度不够,尽管加入量达到了配方要求,实际上也起不到应有的作用。