Влияние элементов на клей корпуса алмазной пилы

Сопротивление истиранию каркаса должно соответствовать сопротивлению истиранию алмаза и обрабатываемого материала. Однако как подобрать состав металлического каркаса и какова функция элементов связующего каркаса? Вот некоторая информация для справки.

 

I. РольМедь(Cu)в Клеи
Медь и сплавы на ее основе являются наиболее широко используемыми металлическими связующими в алмазных инструментах, а электролитический медный порошок является наиболее широко используемым металлом. Медь и сплавы на ее основе имеют низкую температуру спекания, хорошую формуемость и спекаемость, а также хорошую растворимость с другими элементами. Хотя медь почти не смачивает алмазы, сплавы некоторых элементов и меди значительно улучшают их смачиваемость.

 

Медные сплавы, такие как один из медных и карбидообразующих элементов Cr, Ti, W, V, Fe, могут значительно уменьшить угол смачивания медных сплавов алмазами. Медь и никель, кобальт, марганец, олово и цинк могут образовывать различные твердые растворы, упрочняющие основной металл.

II. РольОлово (Sn)в Клеи
Олово является элементом, который снижает поверхностное натяжение жидкого сплава, имеет функцию уменьшения краевого угла смачивания жидкого сплава по отношению к алмазу, улучшает краевой угол смачивания соединения металла с алмазом, снижает температуру плавления сплава и улучшает формуемость при уплотнении. Sn широко используется в клеях, но его применение ограничено из-за большого коэффициента расширения.

III. ФункцияЦинк (Zn)в Клеи
В алмазных инструментах Zn и Sn имеют много общего, например низкую температуру плавления и хорошую деформацию, а Zn не так хорош, как Sn, в изменении смачиваемости алмаза. Давление паров металлического цинка очень велико, и он легко газифицируется, поэтому при его использовании следует обращать внимание на количество цинка.

IV. РольАлюминий (Аи)в Клеи
Металлический алюминий — легкий металл с превосходными свойствами и хорошим раскислителем. Краевой угол смачивания Al алмазом составляет 75° при 800°C и 10° при 1000°C. Добавление алюминиевой пудры в связующее алмазного инструмента образует в матричном сплаве карбид Ti3AlC и интерметаллид TiAl.

V. РольЖелезо (Fe)в Клеи
Железо играет двойную роль в качестве связующего вещества. Один из них заключается в формировании карбида цементита с алмазом, а другой - в сплаве с другими элементами для усиления каркаса. Железо и алмаз обладают лучшей смачиваемостью, чем медь и алюминий, а железо и алмаз имеют более высокую адгезию, чем кобальт. Кроме того, растворение соответствующего количества углерода в сплавах на основе железа облегчает его связывание с алмазом, т.е. правильное травление алмаза в сплавах на основе железа увеличивает силу связи между связующим веществом и алмазом. В практическом производстве алмаз, как правило, не обнажается гладко на изломе пильного диска, а покрывается слоем сплава, что является выражением повышения прочности сцепления.

VI. РольКобальт (Co)в переплетах
Co и Fe — переходные элементы со схожими характеристиками. Co может образовывать карбид Co2C с алмазом при определенных условиях и покрывать алмаз очень тонкой пленкой кобальта. Таким образом, кобальт может не только уменьшить внутреннее межфазное натяжение с алмазом, но и иметь отличную адгезию к алмазу в жидкой фазе, поэтому кобальт является отличным связующим материалом.

VII. РольНикель (Ni)в Клеи
Никель представляет собой гранецентрированную кубическую структуру с хорошей пластичностью, ударной вязкостью и стойкостью к окислению. Он может быть неограниченно растворим с медью. Никель является аустенитизирующим элементом и может быть расширен. В фазовой области трудно реагировать с C. Реакция с внутренней границей раздела алмаза при высокотемпературном спекании практически не происходит. Но жидкий Ni может прочно прилипать к поверхности углеродных волокон, образуя очень тонкую пленку.

Среди связующих для алмазного инструмента незаменимым элементом является Ni. В сплавах на основе меди Ni может бесконечно растворяться в меди, что может усиливать легирование каркаса, препятствовать потере металлов с низкой температурой плавления, повышать ударную вязкость и износостойкость. Добавление Ni и Cu в сплав на основе Fe может снизить температуру спекания, уменьшить термическую коррозию соединения металла с алмазом и выбрать правильную пропорцию Fe и Ni для значительного увеличения удерживающей способности клея на основе Fe по отношению к алмазу.

VIII. РольМарганец (Mn)в Клеи
Марганец похож на железо в металлическом связующем, но обладает сильной проникающей и раскисляющей способностью и легко окисляется. Как правило, количество добавляемого марганца невелико, что может раскислить и укрепить каркас.

Ⅸ. РольХром (Cr)в Клеи
Металлический хром является сильным карбидообразующим элементом. В каркасе алмазного корытного пильного диска хром может действовать как глушитель, поскольку он связан с энергией активации CR. Добавление небольшого количества Cr в матрицу на основе меди может уменьшить угол смачивания сплава на основе меди по отношению к алмазу и улучшить прочность сцепления сплава на основе меди с алмазом.

Х. РольТитан (ти)в Клеи
Титан является сильным карбидообразующим элементом, который легко окисляется и трудно восстанавливается. Ti предпочтительно образует TiO без TiC в присутствии кислорода. Металлический титан является хорошим конструкционным материалом с низким снижением прочности при высокой температуре, высокой термостойкостью, коррозионной стойкостью и температурой плавления. Соответствующие исследования показали, что добавление надлежащего количества титана в матрицу алмазного пильного диска полезно для увеличения срока службы пильного диска.

XI. РольВольфрам(Вт)в Клеи
Вольфрам является сильным карбидообразующим элементом и может использоваться в качестве каркасного материала. Некоторое количество вольфрамового порошка осаждается на поверхности алмаза. После спекания на поверхности алмаза образуются WC, WCoV и WCoC. Вольфрам и другие связанные металлы, такие как Cu, Co, Ni, Fe, имеют хорошую совместимость.

XII. РольРедкоземельные элементыв Клеи
Редкоземельные элементы могут эффективно снизить температуру плавления сплава. La и Ce обладают сильными функциями раскисления, десульфурации и удаления аммиака и могут ингибировать сегрегацию примесей, таких как оксиды, сульфиды и нитриды, на границе раздела. Это может улучшить прочность материала на изгиб. В матрице с высоким содержанием Со или чистом Со добавление редкоземельного церия полезно для улучшения механических свойств матрицы, а небольшое количество Се может сыграть хорошую роль в матрице бронзовой матрицы (около 0,12 мас. процент ).

XIII. ПоведениеКремний (Си)в связующем для алмазных инструментов
Коэффициент линейного расширения кремния близок к алмазу и ниже, чем у других металлов. Объемные эффекты при нагреве и охлаждении невелики. Хорошая совместимость между кремнием и алмазом; Кремний снижает температуру плавления сплава и обладает сильной раскисляющей способностью.