国内主要厂家金刚石锯片的胎体成分和性能研究(下)①

邓福铭,毛峰,李丹,王海梁,邹波,张玲

(中国矿业大学(北京)超硬刀具材料研究所,北京 100083)

国内主要厂家金刚石锯片的胎体成分和性能研究(下)①

邓福铭,毛峰,李丹,王海梁,邹波,张玲

(中国矿业大学(北京)超硬刀具材料研究所,北京 100083)

采用扫描电子显微镜和能谱分析对国内主要厂家的金刚石锯片的胎体成分、微观形貌和烧结情况进行分析研究,并对实际切割效率进行对比。结果表明,目前国内金刚石锯片胎体主要以Cu、Fe为主,其含量约占胎体总量的70%左右;金刚石锯片刀头中的金刚石晶形完整,胎体烧结致密,且胎体与金刚石界面结合较紧密;不同的金刚石锯片根据胎体中主要金属含量的不同,适用于切割不同的岩石,且实际使用性能良好,寿命均在150～170m2之间。

刀头;微观形貌;胎体成分;切割性能

图7中,(a)为金刚石锯片刀头放大300倍时的形貌,从图中可以看出,胎体和金刚石的结合不够紧密,胎体对金刚石的把持力较小,金刚石在切割过程中容易脱落,从而影响锯片的切割性能,但金刚石晶形比较完整,属于高品级金刚石,(b)为胎体放大1000倍的形貌,可以看出,胎体烧结不够致密。

由表5的能谱分析结果可知,5#刀头的胎体材料中,主要含有Cu,其重量百分比高达71%,Cu的熔点较低,可以降低刀头的烧结温度,减小对金刚石的侵蚀,但是Cu的硬度和强度都比较低,大量Cu的加入使胎体的耐磨性降低,适用加工抗压强度相比较低的岩石,比如大理石。此外,含有6.96%的Fe,Zn约为4.23%,还有少量的Sn、Si和Co。5#刀头测试的氧含量也比较高,根据3#刀头中对氧含量的分析可知,氧含量过高会对锯片的切割效率和寿命造成一定的影响。

图8(a)为金刚石锯片刀头放大300倍时的形貌,金刚石与胎体的结合较紧密,金刚石晶形较完整,属于高品级金刚石。(b)为胎体放大1000倍的形貌,可以看出,胎体烧结的不够致密。

图7 5#金刚石锯片刀头的SEM形貌图Fig.7 The SEM micrographs of 5#diamond segment

表5 5#金刚石锯片刀头的能谱分析结果(wt%)Table 5 The EDS analysis result of 5#diamond segment(wt%)

图8 6#金刚石锯片刀头的SEM形貌图Fig.8 The SEM micrographs of 6#diamond segment

图9 6#金刚石锯片刀头的EDS图Fig.9 The EDS graphs of 6#diamond segment

由表6的能谱分析结果可知,6#刀头的胎体材料中,主要含有Cu、Fe和Zn,其中,Cu含量最高,重量百分比为49.66%,Fe约占29.62%,Zn约占8.25%,还有少量的Sn、Si、Mg,6#刀头中氧含量为8.16%,不会对锯片的切割性能造成很大影响。另外,从不同区域元素含量测定结果和胎体形貌都可以看出,6#刀头胎体中金属粉末分布比较均匀。

表6 6#金刚石锯片刀头的能谱分析结果(wt%)Table 6 The EDS analysis result of 6#diamond segment(wt%)

图10(a)为金刚石锯片刀头放大300倍时的形貌,从(a)中可以看出,胎体和金刚石的界面结合较紧密,说明胎体对金刚石的把持力较大;金刚石晶形较完整,(b)为胎体放大1000倍的形貌,可见胎体烧结的致密性较好。

图10 7#金刚石锯片刀头的SEM形貌图Fig.10 The SEM micrographs of 7#diamond segment

由图11的EDS图谱和表7可以看出,7#刀头的胎体材料中,主要含有Cu、Fe、Sn、Zn,其中Cu含量最高,由表7的能谱分析数据可知Cu含量为61.04%,Fe约占9.99%,Zn约占17.07%,Sn约占5.97%,还有少量的Ni、Cr、Pb,氧含量较低为4.82%。从三个不同区域测试结果来看,7#刀头胎体中金属粉末分布不均匀。存在严重的成分偏析现象。

3.2 国内主要厂家锯片刀头的切割性能及对比分析

金刚石锯片的切割实验在工厂进行,在相同的切割条件下对7种不同的锯片做了切割实验,切割机功率为22k w,表8为国内主要厂家锯片的切割结果。

表7 7#金刚石锯片刀头的能谱分析结果(wt%)Table 7 The EDS analysis result of 7#diamond segment(wt%)

图11 7#金刚石锯片刀头的EDS图Fig.11 The EDS graphs of 7#diamond segment

表8 金刚石锯片的切割结果Table 8 Cutting results of same diamond saw blades

从表8中可以看出,2#锯片的切割寿命最长,为178m2,且切割速度也较高,为4.5m2/h,7#锯片的切割速度最快,为4.6m2/h。切割寿命也较长,为172m2,5#锯片的切割速度最低,为3.9m2/h,寿命也较短,为158m2。1#锯片寿命最短仅为151m2,切割速度也较低,为4.1 m2/h,由实验结果可以看出,金刚石晶形完整时,其切割速度较高,即锯片较锋利,胎体中Fe、W等骨架元素含量较高时,锯片的耐磨性较好,其寿命较长。

4 结论

(1)通过对国内主要厂家的7种金刚石锯片刀头的测试分析,发现目前国内金刚石锯片胎体成分主要以Cu、Fe为主,其含量约占胎体总量的70%左右,研究还发现,7种锯片胎体中,Co的含量都很小,有3种胎体中没有添加Co,可见,在目前金刚石锯片的制造中,Co已基本被Fe所取代,这就很大程度地降低了金刚石锯片生产的成本。

(2)通过采用扫描电镜对刀头显微形貌的观察发现,2#、4#、7#刀头中的金刚石晶形完整,胎体烧结致密,且胎体与金刚石的界面结合较紧密。刀头胎体不同区域的能谱分析测试数据显示,2#、4#、7#刀头胎体中金属粉末分布比较均匀,其它几种刀头出现成分偏析,各方面性能相对较差。

(3)七种不同的刀头根据其胎体中金属主含量的不同,适用于切割硬度不同的岩石,在实际使用过程中,七种锯片的使用性能良好,寿命均在150～170m2之间。

[1] 王秦生,宋诚,左宏森.金刚石锯片使用性能影响因素系统分析[J].金刚石与磨料磨具工程,2001(5):40-44.

[2] 谈耀麟.金刚石粒度对金刚石锯片性能的影响[J].超硬材料工程,2006(1):10-13.

Study on composition and performance of diamond saw blade matrix made by major domestic manufacturers

DENG Fu-ming,MAO Feng,LI Dan,WANG Hai-liang,ZOU Bo,ZHANG Ling
(Institute of Super-hard Cutting Tool Materials,China University of Mining and Technology(Beijing),Beijing 100083,China)

By using SEM and EDS,it has analyzed the matrix composition,microstructure and sintering situation of diamond saw blade made by the major domestic manufacturers, and compared the saw blade cutting efficiency.The result shows that:the main composition of domestic diamond sawblade is Cu and Fe which content is about 70%in the matrix;the diamond crystal in the saw blade is integral,sintered matrix is denser,and interface between matrix and diamond is tighter;based on the difference of metal content in the matrix,the different diamond saw blade is capable to cut different kind of rock,and the performance is admirable,the working life of the saw blade is between 150m2～170m2.

diamond segment;microstructure;matrix composition;cutting performance

TQ164

A

1673-1433(2013)04-0014-04

2013-09-18

邓福铭(1963-),男,中国矿业大学(北京)超硬刀具材料研究所所长,教授/博导,主要从事金刚石等超硬材料及其应用研究。