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釬焊技術(shù)在
金剛石工具應(yīng)用問題的提出
;Z&w"oSJ -wnBdL 金剛石的高硬度和優(yōu)良物理機(jī)械性能使得金剛石工具成為加工各種堅硬材料不可缺少的有效工具。胎體金屬基對金剛石的粘結(jié)性（胎體的包鑲能力）是影響金剛石工具使用壽命和性能的主要因素之一。
+L=a\8Ep `6*1mE1K & 由于金剛石與一般金屬和合金之間具有很高的界面能，致使金剛石顆粒不能為一般低熔點(diǎn)合金所浸潤，粘結(jié)性極差，在傳統(tǒng)的制造技術(shù)中，金剛石顆粒僅靠胎體冷縮后產(chǎn)生的機(jī)械夾持力鑲嵌于胎體金屬基中，而沒有形成牢固的化學(xué)鍵結(jié)或冶金結(jié)合，導(dǎo)致金剛石顆粒在工作中易與胎體金屬基分離，大大降低了金剛石工具的壽命及性能水平。大部分孕鑲式工具中金剛石的利用率較低，大量昂貴的金剛石在工作中脫落流失于廢屑之中。林增棟等率先利用金剛石表面金屬化技術(shù)來賦予金剛石表面許多新的特性，如優(yōu)良的導(dǎo)熱導(dǎo)電性、熱穩(wěn)性好，改善其原有的理化性能，提高其對金屬或合金溶液的浸潤性等。
^QTkre RWG Axq`9f 金剛石表面金屬化問題在上世紀(jì)70年代就引起了國內(nèi)外金剛石工具制造界的高度重視。不少人致力于在燒結(jié)過程中實現(xiàn)金剛石表面金屬化的研究，在胎體材料中添加或在金剛石表面預(yù)粘上強(qiáng)碳化物金屬粉末（這種金剛石在未加熱前，并未與鍍層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只能屬于金剛石包衣），以期望它們在燒結(jié)過程中實現(xiàn)對金剛石的化學(xué)鍵結(jié)合。盡管文獻(xiàn)已論證了一些金屬例如鎢（未被氧化）在較低溫度下（800℃左右）就能在金剛石表面形成WC層，但從實現(xiàn)金剛石表面預(yù)金屬化所用的工藝來看，需在真空條件下、600℃以上加熱1小時才能得到理想的結(jié)合力。以目前常用的孕鑲金剛石切削工具的燒結(jié)條件來看，在非真空或低真空中不超過900℃加熱5分鐘左右，是不大可能使金剛石表面生成金屬化層的。因為無論活性金屬原子（Ti、V、Cr等）向金剛石表面富集還是界面反應(yīng)達(dá)到結(jié)合劑與金剛石冶金結(jié)合都是原子擴(kuò)散過程，根據(jù)熱壓所用溫度及這樣短的時間內(nèi)，這個過程是極不充分的。在固相燒結(jié)條件下（有時有少量低強(qiáng)度低熔點(diǎn)的金屬或合金液相），胎體對金剛石的化學(xué)鍵結(jié)或冶金結(jié)合力是十分弱的或根本不會形成。
L yjp "," to 金剛石表面預(yù)金屬化并非最終目的，而僅是期望與胎體金屬實現(xiàn)化學(xué)冶金結(jié)合的措施之一。鍍覆后的金剛石在燒結(jié)成鋸（鉆）齒后，其折斷面上暴露出的金剛石均失去了鍍層，而脫落了金剛石的殘留坑表面十分光滑，這種現(xiàn)象似乎說明了金剛石與胎體還未能達(dá)到化學(xué)包鑲的水平。因而即使實現(xiàn)了金剛石的表面預(yù)金屬化，傳統(tǒng)的固相粉末冶金燒結(jié)法也不可能實現(xiàn)金剛石與胎體材料間的牢固結(jié)合。
~=Fp 0l)# ].N%A07 上個世紀(jì)八十年代末，人們開始探索釬焊技術(shù)用于金剛石工具制作。采用在金剛石表面鍍覆某些過渡族元素（如Ti、Cr、W等），并與其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)在表面形成碳化物。通過這層碳化物的作用，金剛石、結(jié)合劑、基體三者就能通過釬焊實現(xiàn)牢固的化學(xué)冶金結(jié)合，從而實現(xiàn)真正的金剛石表面金屬化，這就是金剛石釬焊的原理。從已發(fā)表的專利和文章中可以看出，該技術(shù)可使金剛石最大出刃值達(dá)到粒徑的2/3，工具壽命提高3倍以上，而常規(guī)下該值不足1/3，允許出刃值可用開刃作業(yè)達(dá)穩(wěn)定出刃值時來獲取。所以，采用釬焊技術(shù)可望實現(xiàn)胎體金屬（釬料）與母體材料—金剛石和鋼基體之間的牢固結(jié)合。
zj;Ktgc E W=!D[G R 2．釬焊金剛石工具的研究現(xiàn)狀
'R n\ CMTH 8H{9 目前，用釬焊法制作金剛石（或立方氮化硼）工具已開始成為熱點(diǎn)技術(shù)，但僅局限于單層工具，對于多層實現(xiàn)“孕鑲”尚未見有成果發(fā)表。國外的釬焊技術(shù)研究始于20世紀(jì)80年代后期，但由于工作復(fù)雜至今仍停留在實驗階段，其應(yīng)用也僅局限于單層工具；國內(nèi)的高溫釬焊技術(shù)研究起步較晚，與發(fā)達(dá)國家相比，研究的廣度和深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因而目前進(jìn)展十分緩慢，但隨著我國加入WTO，研究的步伐必然逐漸加速。
]~'pYOB o5w = （1）國外高溫釬焊金剛石工具的研究狀況
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y.Q | +aD%' | 瑞士A K Chattopadhyay等用火焰噴鍍法（氧—乙炔焊槍）把釬料合金（72%Ni，14.4%Cr，3.5%Fe，3.5%Si，3.35%B，0.5%O2）鍍于工具鋼基體上，并將金剛石（不包衣）布排于焊料層面上，然后在1080℃、氬氣保護(hù)下感應(yīng)釬焊30秒來實現(xiàn)金剛石與鋼基體結(jié)合。釬料合金中的Cr作為一種強(qiáng)碳化物元素，在釬焊過程中向金剛石表面富集而實現(xiàn)金剛石的表面金屬化。
ue!wo-|#G $ 4>x4* Wiand等在美國專利上介紹的方法是：焊料(Ni-Cr)金屬粉加有機(jī)粘結(jié)劑制成釬焊漆，把包衣金剛石粘在工具鋼基體上，然后涂附釬焊漆，再加熱到一個適中的溫度并保溫一定時間以排除揮發(fā)物質(zhì)。在真空爐（真空度1.333×10-2Pa）或干式氫氣爐中加熱到1100℃左右，保溫1小時，釬焊的同時完成金剛石的表面金屬化。
212 $ &0\BvS 一些專利中也同樣采用Ni-Cr合金釬料實現(xiàn)了釬焊，釬料中還包括Fe、B元素或Si、Mo等。例如，在文獻(xiàn)［14］中采用含Si或Si和Ti的Ni-Cr合金釬料在真空爐中實現(xiàn)釬焊，釬焊溫度為1126～1176℃；文獻(xiàn)［15］采用Cu基含W、Fe、Cr、B、Si等釬料釬焊金剛石砂輪；文獻(xiàn)［16］用Ag-Mn-Zr銀基釬料來釬焊金剛石工具，從而替代電鍍工具。
.! g }vX/55 德國的A Trenker等在釬焊過程中分別采用了鎳基活性釬料和鎳基釬料來實現(xiàn)金剛石與基體的結(jié)合。由與電鍍工具的對比圖可以看出，高溫釬焊金剛石工具的性能比電鍍金剛石工具優(yōu)異得多，釬焊工具（使用活性釬料和PDA989、PDA665金剛石）起始磨削性能是電鍍工具（鎳基釬料和PDA665金剛石）的3.5倍以上，壽命是電鍍工具的3倍以上；由于釬焊工具有較大的容屑空間，金剛石磨粒有較大的自由切削面且磨粒間空間較多，使切屑很容易被排除，所以釬焊金剛石工具的磨削性能好。
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