预烧结对钴基胎体性能的影响

췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍

Vol.31

Oct.2019

预烧结对钴基胎体性能的影响

甄春刚,覃光明,谢 吉,金鑫蕾,邓礼军

()长沙百川超硬材料工具有限公司,湖南长沙 410600

摘 要:采用对金刚石工具进行预烧结处理的方法,研究了预烧结工艺对钴基胎体力学性能和显微结构的影响。结果表明:在8预烧结1硬度、强度、延伸性能最00℃(0.95*热压温度)h的样品,胎体的致密度、佳,其显微结构孔隙少、晶粒细小,合金化程度最高。关键词:金刚石工具;预烧结;微观结构;钴基胎体

()中图分类号:TQ1 文献标识码:A 文章编号:1673-1433201905-0033-04

Effectofpre-sinteredprocessontheproertiesofCo-basedmatrixp

,,,,ZHENGChunanQINGuanminXIEJiJINXinleiDENDLiunggggj----

(,,ChanshaBaiChuanSuerhardMaterialtoolsCo.Ltd.Chansha410600,Hunan,China)gpgtureoftheCobaseddiamondtoolsmatrixwasstudied.Thesamlewhichhadbeenprep--)sinteredat800℃(0.95*hotressinemeratureforanhourpresentedotimumpropgtppp--,,,ertiesofdensithardnessintensitndelonationandthemicrostructureofthematrixyyag

,withlowerporositndtinrstallinegrainwhichmadeanotimalalloineree.yaycypygdg:;;m;Kewordsdiamondtoolsresinterinicrostructurecobaltbasedmatrixpgy--

:AbstractTheeffectofpresinterinrocessonthemechanicalproertndmicrostrucgppya---

1 引言

近些年来,随着社会经济的持续发展、科学技术的飞速进步,金刚石工具行业也获得了飞跃式的发展。发展至今,金刚石工具的种类繁多,应用广泛,既有涉及矿山石材开采切割、混凝土建筑拆除等大型工程的工具,也有应用于陶瓷等材料的磨削、单晶硅切割等精密加工的工具。金刚石工具根据不同制作方法分为:烧结金刚石工具、钎焊金刚石工具和电镀金材料是其中不可或缺的关键部分,其性能决定着金刚

1-4]

。在烧结金刚石工具中,刚石工具等[结合剂胎体

国内厂家热压烧结采用的保温时间一般在2~10min左右,由于烧结时间短,胎体很难实现合金化,延长保温时间出于能耗和生产效率的考虑,经济效益又不划算,也不利于大批量生产。本文重点研究在热压烧结前通过网带炉提前进行预烧结,通过合理调整预烧结工艺,实现胎体的合金化,从而提升胎体的综合性能,为最终获得稳定高性能的金刚石工具提供有利保障。

2 试验

2.1 试验设备

苏州腾龙的T南通华东油压机LHL-12混料机、

石工具的性能。烧结工序是烧结金刚石工具制备过程中至关重要的一环,烧结工艺直接决定胎体材料的

]5-7

。目前,性能,进而影响到最终产品的性能和质量[

械的YHL32-63B冷压机、SM80真空烧结机、XB-MBF-180-6网带烧结炉。

收稿日期:2019-09-10

,作者简介:甄春刚(男,工程师,专业:无机非金属材料工程,主要从事超硬材料工具制品的研究与开发工作。1979-),通讯作者:覃光明(男,工程师,专业:粉末冶金,主要从事超硬材料工具制品的研究与开发工作。1985-)]():引文格式:甄春刚,覃光明,谢吉,等.预烧结对钴基胎体性能的影响[超硬材料工程,J.2019,31533-36.

34

2.2 原材料和胎体配方

原材料的技术要求见表1。

超硬材料工程 2019年10月

Table3 thesinterationccleofeachtrialsy

工艺编号1#

规格-400目-325目-300目-300目-300目

2#3#4#5#6#

预烧结工艺

热压烧结工艺

温度850℃压强25MPa保温5min温度850℃压强25MPa保温5min温度850℃压强25MPa保温5min温度850℃压强25MPa保温5min温度850℃压强25MPa保温5min温度850℃压强25MPa保温5min

表3 试验工艺

Table1 thelistofpowder

序号12345

金属粉CoNi

制粉工艺还原法羰基法还原法雾化法雾化法

表1 原材料粉末

预烧结温度6保温150℃,h预烧结温度7保温100℃,h预烧结温度7保温150℃,h预烧结温度8保温100℃,h预烧结温度8保温150℃,h

预合金粉A

CuSn15

WC

胎体配方配比见表2。

3 结果分析与讨论

3.1 预烧结工艺对钴基胎体力学性能的影响

烧结试样经砂纸打磨、抛光处理后,方可检测;试

Table2 theformulationofmatrix

编号A

配比

理论密度

备注

/60%Co+40%(CuSn15+Ni+WC等)8.94gcm3

表2 胎体配方

样制备完毕后,根据排水法测密度的原理采用Da-hoMeterAR-200g密度计完成各配方烧结密度的检测工作,并核算烧结致密度;采用洛氏硬度计完成各配方硬度的检测工作;采用万能材料试验机完成各配方抗拉强度的检测工作;采用游标卡尺通过测量实验条拉伸前与拉伸后长度的变化完成各配方延伸率的检测工作,详细数据见表4、图1。

表4 不同预烧结工艺下试样胎体力学性能

ondifferentsinterations

695.1710.6760.8850.6875.7810.4

2.3 试验方案

2.3.1 试验样品的压制成型

粉料,然后再进行混合、称料、装模、冷压成型。其中混合所用的设备为苏州腾龙的T混LHL-12混料机,料工艺:快速混合1冷压成型所用的设备为南通华h;尺寸为3试样理论尺寸30mm×12mm,0mm×

压坯致密度62.5mm×12mm,0%~65%。2.3.2 试验采用的烧结工艺

烧结工艺:直接热压烧结1#工艺采用不预烧结,600℃,3#至6#依次增加50℃,7#工艺达到热压烧结温度,详细工艺参数见表3。工艺;2#工艺预烧温度600℃,2#工艺预烧温度东油压机械的YHL冷压所用的模具32-63B冷压机,

首先按表2胎体配方成分配比分别称取所需的

Table4 themechanicalproertfmatrixpyo

工艺编号1#2#3#4#5#6#

HRB硬度105.1105.5106.1106.3106.4105.7

)延伸率(抗拉强度(MPa%)备注

1.41.61.71.92.12.0

Fi.1 comarisonofmechanicalproertormatrixondifferentsinterationsgppyf

图1 不同预烧结工艺条件下试样胎体力学性能对比

第3预烧结对钴基胎体性能的影响1卷 第5期 甄春刚等:

35

温度)达到最大值HR抗拉强度和延伸率在B106.4,

达到最大值8800℃(0.95*热压温度)75.7和2.1%,,硬度降为HR强度降为7.8%,B105.7,10.4MPa

延伸率为2.0%略微下降。

预烧结工艺对钴基胎体性能影响很大,随着预烧结温度的升高,胎体的力学性能先升高后下降。随着预烧结温度的提高,液相的比例增大,同时粉末的烧结驱动力增加,组元扩散速度加快,胎体的致密度、硬(时,力学性能达到最佳值。随后随0.95*热压温度)

着预烧结温度继续升高,胎体力学性能呈现下降趋度、强度、延伸性能都随着提升;在预烧结温度800℃但随着温度进一步升高,在8致密度降为50℃时,

致密 从图表可以看出:随着预烧结温度的升高,度在7和850℃(0.90*热压温度)00℃(0.95*热压温度)达到最大值9硬度在88.3%,00℃(0.95*热压

势,这是因为当温度过高时,在长时间的保温过程中,晶粒长大,同时胎体中的低温液相逐渐流失,导致烧结体的力学性能下降。

3.2 预烧结工艺对钴基胎体显微结构的影响

从试样断口SEM形貌图片可以看出:1#直接热压烧结,孔洞较多,部分钴粉还保持了原有形貌,未形成烧结颈,合金化程度低。2#、3#、4#、5#随着预烧结温度的增加,胎体组织孔隙率逐步降低,孔隙尺寸减小,组织均匀性逐渐变好,合金化程度提高;经胎体组织中各组分扩散基800℃预烧结的5#试样,本完成,试样断口细致均一,无明显孔洞,有明显晶粒撕裂留下的韧窝,展现出较好的力学性能。6#试样与5#相比,胎体组织晶粒变得粗大,液相流失后留下孔洞,致使胎体力学性能下降。

1#无预烧结;2#650°C预烧结;3#700°C预烧结;4#750°C预烧结;5#800°C预烧结;6#850°C预烧结

Fi.2 SEMoffracturemorholoormatixondifferentsinterationcclesgpgyfy

图2 不同预烧结工艺试样断口SEM形貌

36

超硬材料工程 2019年10月

58-62.

]:组织和性能的影响[金刚石与磨料磨具工程,J.2016,36(4)

4 结论

综上所述,预烧结工艺可以改善钴基结合剂胎体性能,随着预烧结温度的升高,胎体的致密度、硬度、预烧结处理后,胎体合金化800℃(0.95*热压温度)基本完成,组织均匀、晶粒细小,力学性能达到最佳值;随后随着预烧结温度升高,晶粒长大,液相在保温过程中逐渐流失,留下孔洞,组织均匀性变差,最终导致力学性能下降。参考文献:

[]孙为云,霍方方,等.烧结温度对C1 苗晋琦,uZnSn13粉末烧结体

[]贺跃辉,王智慧,等.金刚石制品的金属胎体的研究现状2 谢志刚,[]骆颖,罗文来,等.烧结保温时间对金刚石工具产品性能3 杨理清,[]候永改,高元,等.保温时间对低温陶瓷/4 李广峰,Cu-Fe-Sn基[]刘晓旭,冯海洲,等.金刚石工具中F5 董书山,eNi合金替代Ni粉[]尹育航,陶洪亮,等.金属结合剂金刚石工具胎体耐磨性随6 彭凯,[]卢安军,林峰,等.金刚石工具胎体自由烧结工艺研究7 秦海青,

[]():超硬材料工程,J.2016,2866-9.

]():烧结温度变化的研究[超硬材料工程,J.2011,2345-8.[]():的应用研究(上)超硬材料工程,J.2011,23319-22.]():结合剂磨具[金刚石与磨料磨具工程,J.2017,37246-49.]():的影响[超硬材料工程,J.2016,28610-14.[]():金刚石与磨料磨具工程,J.2006,153371-75.

强度、延伸性能都有所提高,显微结构也有所改善,在

췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍

我国CVD金刚石制备技术再上新台阶

不断有新的亮点和新的研究方向出现。纳米(和超纳米CVD金刚石膜研究已有30余年的历史,NCD)(金刚石膜及相关应用研究在相当长一段时间内将继续是国内CUNCD)VD金刚石膜研究的热点之一。

“基于金刚石膜的S行波管和其它高功率器件,光学窗口(球罩)等高技术应用将有可能得到更OD、SAW,”大的重视,并有可能在未来5~1有可能形成小规模的市场。河北省激光研究所技术人员0年内获得实际应用,姜龙表示,随着5高频大功率微波器件的散热问题越来越严重,而金刚石的热导率是常用硅材G时代的来临,进行了此方面的研究工作,取得了良好的开端。

隶属于河北省科学院的河北省激光研究所,从1研发了992年开始从事CVD金刚石制备技术的相关研究,近年来跟中科院上海应用物理研究所、中科院物理研究所合作,实现了CVD金刚石荧光靶成功应用于国料的1采用C5倍,VD金刚石作为器件的衬底优势非常明显。河北省激光研究所已经和国内多个研究所合作,独具特色的直流电弧等离子体喷射C相关科技成果获河北省科技进步一等奖一项,二VD金刚石设备及工艺,等奖两项,三等奖四项,专利授权。

家大科学工程“上海光源”中C应用于X射线小角散射测试线;与中科院上海技术物VD单晶金刚石高压窗口、理研究所合作,与中科院大连化物所合作将CCVD金刚石成功应用于型号卫星载荷的探测窗口;VD金刚石热沉应用于碟片激光器晶体散热。

验证了多种谐振腔的高功率2.建立了国内首台CVD金刚石沉积技术,45GHz微波CVD金刚石设备,

、直径2英寸的多晶C直径915MHz75kW微波CVD金刚石设备。目前,VD金刚石窗口已经进入了中试阶段,项目组还进行了同质外延单5英寸的多晶CVD金刚石窗口也已经制备出了样品。以2.45GHz设备为基础,

晶C主要应用于探测器、电子器件和珠宝等领域,目前已经取得了可喜的进展。VD金刚石的研究,“航空航天、大科学装置等领域有广泛的应用,有时甚至是唯一的选择,例如研究CVD金刚石在先进科研、

”核聚变的托卡马克装置上,大功率微波的馈入窗口只能选择多晶C孙振路表示,河北省激光研究VD金刚石。所研究团队和上海及北京同步辐射光源进行了多项合作,已经成功研制了C刀片探VD金刚石荧光靶探测器、相控阵雷达收发模块等领域成功应用。

孙振路介绍,项目组研发的915MHz微波CVD金刚石设备及5英寸CVD金刚石制备技术目前尚未见国测器,正在进行X射线位置探测器、红外窗口的研发;金刚石已经在卫星扩热板、遥感卫星窗口、X射线窗口、内有报道,打破了国外垄断,在国内具有较大的技术优势。 (科学网)

为发展C电子学等领域的应用,该所项目组和北京科技大学唐伟忠教授合作开发微波VD金刚石在光学、

、比之前的0.实现了赶7mm高出0.3mm。这标志着我国915MHz75kW的微波CVD金刚石设备基本成熟,

超国外先进水平的目标。

近日,河北省激光研究所研发的直径5英寸C其产品厚度达到1VD金刚石窗口制备技术再上台阶,mm,