羰基镍粉在烧结金刚石圆锯片中的应用①

2011-01-25张翠芳董小雷

超硬材料工程 2011年5期

张翠芳，董小雷

（河北小蜜蜂工具集团有限公司，河北石家庄 050800）

电解Ni粉一直是国内金刚石工具生产厂家主要的原材料之一，但是近年来，受多方面因素影响，金属结合剂金刚石制品所用原材料金属粉末价格持续上涨，特别是电解Ni粉，由于国内Ni资源贫乏，生产厂家较少，不仅价格居高不下，而且货源紧张，给金刚石制品生产厂家带来较大压力。因此，拓宽Ni粉选择范围，缓解供应紧张，满足生产需求，已是生产厂家迫在眉睫的任务。羰基Ni粉，具有高耐氧化性、稳定性的特点，是较细的粉末颗粒，能够更好地形成合金元，使胎体致密化程度提高。但由于过去价格较高，在金刚石制品行业应用较少，而目前，由于电解Ni粉价格的上涨，二者价格已无太大差别，所以其应用成为可能。

Inco公司123型、255型羰基Ni粉［1］，生产工艺先进稳定，123型镍粉是粉末冶金钢领域的全球标准，为单颗粒刺球状，颗粒尺寸D50为8微米，利用低强度混料设备就能混合均匀，在铁粉中很容易分散。255型羰基镍粉在中国粉末冶金行业得到广泛应用，但255型羰基镍粉为链珠状粉末，原始颗粒尺寸2～3微米，混料时不容易均匀，需要使用高强度的混料设备。

本文分别使用Inco公司羰基Ni粉替代电解Ni粉并设计新的配方，然后进行烧结和切割性能试验，探索羰基Ni粉对烧结金刚石圆锯片性能的影响。

1 试验方法

1.1 试验材料

采用的粉料主要为铁粉－200目、铜粉－300目、锡粉－300目；

电解镍粉－300目，Inco公司123、255型羰基Ni粉。

1.2 试验设备及条件

试验锯片：Φ114D规格烧结金刚石圆锯片，齿高11.5mm，齿数8，投料5.7g／齿。

试验设备：云石机，功率为1.2kW，转速为12000r／min。

试验对象：花岗岩板材（三花、中国黑），厚度1.8～2.0cm。

试验条件：湿切／干切，切割试验由同一操作者完成，花岗岩板材均分，以减少误差。

1.3 试验方案

1.3.1 羰基Ni粉替代电解Ni粉

分别使用123型、255型羰基Ni粉，直接替代现用成熟配方中的电解Ni粉，含量5%～6%。不改变压制烧结工艺，试验压制Φ114D锯片；在钟罩炉烧结，烧结温度870℃～890℃。对比锯片刀头硬度、强度及进行切割试验。

1.3.2 羰基Ni粉新配方试验

分别使用123型、255型羰基Ni粉设计新配方，含量6%～8%，试验压制Φ114D锯片；在钟罩炉烧结，烧结温度870℃～890℃。对比锯片刀头硬度、强度并进行切割试验。

2 讨论

2.1 羰基Ni粉替代电解Ni粉结果分析

（1）对刀头硬度、强度的影响

刀头硬度，使用HR－150A型洛氏硬度计测定刀头的硬度HRB数值。

刀头粘结强度，参照欧洲《EN13236：2001，磨料磨具安全标准》，取刀头断裂的最大弯矩值Mmax＝F×LF／103［N·m］。使用SNB20B 型号，范围4～20N.m数显扭矩扳手进行刀头断裂最大弯矩值检测。

表1是使用5%～6% 相同含量的123型、255型羰基Ni粉、电解Ni粉的锯片刀头硬度及强度数值。可以看出，使用123、255型羰基Ni粉锯片，较使用电解Ni粉锯片刀头硬度略有提高，刀头强度分别提高15%、20% 左右。

表1 使用相同含量Ni粉的锯片刀头硬度及强度数值Table 1 Hardness and strength of the segments with same Ni content

（2）对切割性能的影响

表2是切割花岗岩速度及计算寿命的数据对比。通过对比可见，使用255型羰基Ni粉与电解Ni粉锯片切割性能相当，使用123型羰基Ni粉锯片湿切性能相当，干切效果则较差，寿命略有提高。

表2 切割花岗岩速度及计算寿命的数据对比Table 2 Comparison of the cutting rate and working life for granite

2.2 羰基Ni粉新配方试验

（1）切割试验

表3是抽取6%～8% 相同含量的123型、255型羰基Ni粉锯片，切割花岗岩的的数据。二者湿切锋利度相当，干切效果255型较好，寿命123型较长。

表3 抽取相同含量的123型、255型羰基Ni粉锯片切割花岗岩的的数据Table 3 Data of cutting granite by saw blade with same content of 123and 255carbonyl Ni powders

（2）微观组织分析

图1、图2分别是1728－1、1728－2刀头断面组织低倍SEM照片。

图1 1728－1刀头断面组织低倍SEM照片Fig.1 SEM image of cross－section texture of segment 1728－1

图2 1728－2刀头断面组织低倍SEM照片Fig.2 SEM image of cross－section texture of segment 1728－2

采用123型羰基Ni粉烧结收缩孔洞较采用255型羰基Ni粉的少，致密度高。分析原因主要是255型粉末颗粒呈链珠状，不利于与其它粉料混合均匀；再者，烧结时羰基Ni之间形成部分搭桥，支撑胎体，收缩不一致，造成烧结后有较多的收缩孔洞存在。二者胎体组织上的这种差异与切割性能试验的数据基本一致，即胎体致密度高，耐磨性好，对金刚石把持力高，有利于湿切，特别是寿命明显提高；而胎体收缩孔洞稍多，胎体散热与自锐性较好，有利于干切。

图3、图4分别是1728－1、1728－2胎体对金刚石包镶状态的SEM照片。

图3 1728－1胎体对金刚石的包镶状态Fig.3 The retention between the matrix and diamond of segment 1728－1

图4 1728－2胎体对金刚石的包镶状态Fig.4 The retention between the matrix and diamond of segment 1728－2

二者胎体与金刚石间均存在较大的缝隙，对金刚石的包镶不紧密，金刚石易脱落，影响锋利度及使用寿命。分析原因在于采用自制钟罩炉与开放式模具烧结，胎体致密化程度受到限制，如果能够采用更先进的烧结设备，提高烧结时的压力，同时采用封闭式模具烧结，可以进一步提高胎体对金刚石的把持力，达到更佳的使用效果。

图5、图6分别为1728－1、1728－2刀头组织高倍SEM照片，显示此处胎体组织较为均匀细腻，烧结致密化程度较好。

图5 1728－1刀头组织高倍SEM照片Fig.5 SEM image of 1728－1segment texture

图6 1728－2刀头组织高倍SEM照片Fig.6 SEM image of 1728－2segment texture

2.3 不同含量255型羰基Ni粉锯片刀头硬度、强度对比

根据上面对羰基Ni粉的试验情况，选择255型羰基Ni粉，采用不同含量，进行了刀头硬度及强度测试。

图7、图8是抽取3%、4%、6%、8% 含量的255型羰基Ni粉锯片刀头硬度、粘结强度数值。从图中可以看出，随着Ni粉含量的增加，刀头硬度呈上升趋势，当含量提高到4%时，硬度有明显提高，这一点有助于锯片干切性能的提升。刀头强度随着Ni粉含量的增加，也呈上升趋势，但比较缓慢，过高的强度会对锯片的自锐性产生不利影响，因此加入量不宜超过8%。