摘要　在同種金剛石表面分別鍍覆不同金屬層，并將之作為磨粒應(yīng)用于陶瓷磨具中，通過(guò)觀察金剛石燒結(jié)前后形貌、測(cè)試試樣的抗彎強(qiáng)度和耐磨性以及對(duì)斷口SEM形貌通觀察，分析了各包覆層對(duì)磨具的影響。結(jié)果顯示，對(duì)于鍍鈦、鍍銅、鍍鎳金剛石，與陶瓷結(jié)合劑按一定比例混合冷壓燒結(jié)，并沒(méi)有顯著提升磨具的性能。

關(guān)鍵詞　　金剛石；陶瓷結(jié)合劑金剛石磨具；表面鍍覆

陶瓷結(jié)合劑金剛石磨具集陶瓷材料和金剛石的優(yōu)異性能于一身，具有高硬度、高鋒利度、很好的散熱性和自銳性以及易修整等特點(diǎn)，能夠很好的滿足難加工材料和一般材料的高精磨削和高效磨削需求，并且適用于數(shù)控磨床和自動(dòng)化生產(chǎn)線上的應(yīng)用^[1]。

但陶瓷結(jié)合劑金剛石磨具在使用過(guò)程中金剛石磨粒容易脫落，并且在制造過(guò)程中也容易被結(jié)合劑中的堿性氧化物腐蝕，導(dǎo)致磨具的使用性能下降。為解決這些問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外許多專家、學(xué)者做金剛石表面改性的研究。查閱文獻(xiàn)^[2，3]可知，現(xiàn)在比較成熟的金剛石表面處理技術(shù)有化學(xué)鍍銅、鎳，真空微蒸發(fā)鍍鈦，涂覆玻璃等，主要應(yīng)用于樹(shù)脂結(jié)合劑磨具，效果良好。郭志敏等研究了幾種鍍覆金剛石對(duì)陶瓷磨具強(qiáng)度的影響^[4]，其結(jié)果顯示，在熱壓工藝中各鍍層對(duì)磨具強(qiáng)度的貢獻(xiàn)大小為Al＜無(wú)＜Si ＜Ti ＜Si ＜Ti ＜TiO₂＜ Al₂O₃。但對(duì)現(xiàn)有已形成規(guī)模生產(chǎn)的陶瓷磨具所使用的工藝是冷壓后自由燒結(jié)，燒結(jié)氣氛與熱壓不同，此種情況下金剛石和表面金屬均會(huì)發(fā)生一系列復(fù)雜的反應(yīng)，則鍍覆金剛石對(duì)陶瓷磨具的也會(huì)發(fā)生變化。本實(shí)驗(yàn)研究了鍍銅、鍍鎳和鍍鈦金剛石在陶瓷磨具中的應(yīng)用，在現(xiàn)有的冷壓燒結(jié)工藝下比較了其對(duì)磨具性能的影響，對(duì)于開(kāi)發(fā)高性能的陶瓷結(jié)合劑金剛石磨具有一定的參考價(jià)值。

1        實(shí)驗(yàn)方法及過(guò)程

1.1       原材料

實(shí)驗(yàn)對(duì)粒度為140/170目的同種金剛石采用四種處理方法，見(jiàn)表1.陶瓷結(jié)合劑化學(xué)成分見(jiàn)表2。

（3）       耐磨性檢測(cè)結(jié)果

圖4所示為耐磨性實(shí)驗(yàn)結(jié)果，磨損量越小，說(shuō)明其耐磨性越好。由圖4可以看出，未鍍覆金剛石的試樣條在相同的條件磨削，其耐磨性最好。說(shuō)明示鍍覆金剛石與陶瓷結(jié)合劑的結(jié)合情況最好，而鍍覆金剛石與陶瓷結(jié)合劑的結(jié)合力變差。

圖4　各試樣條耐磨性檢測(cè)結(jié)果

（4）       原因分析

陶瓷結(jié)合劑金剛石磨具燒結(jié)過(guò)程中，鍍覆金剛石發(fā)生氧化。其所需氧原子主要來(lái)源于兩個(gè)方面：一是燒結(jié)氣氛中含有氧氣，二是所用陶瓷結(jié)合劑含有大量堿金屬氧化物，其中含有大量“自由氧”。根據(jù)有關(guān)研究^[6]。“自由氧”化學(xué)勢(shì)較高，活性大，導(dǎo)致表面金屬鍍層氧化。發(fā)生氧化的金屬鍍層容易從金剛石表面鍍層脫落或者融入結(jié)合劑中，使陶瓷結(jié)合劑對(duì)金剛石的把持力下降，則導(dǎo)致磨具的整體性能降低。

對(duì)于金剛石B試樣，力學(xué)性能降低有兩方面原因：一是表面鈦金屬層氧化，脫落，沒(méi)有起到保護(hù)金剛石、增加結(jié)合力的作用；二是采用真空微蒸發(fā)鍍鈦技術(shù)，處理溫度為650~780℃，而對(duì)于所使用低品級(jí)金剛石，其缺陷較多，強(qiáng)度較小，此溫度處理對(duì)金剛石的損傷比較大，降低其切削性。

對(duì)于金剛石C、D試樣，其金剛石表面金屬鍍層在燒結(jié)過(guò)程中會(huì)發(fā)生如下的化學(xué)反應(yīng)。

2M+O₂=2MO      (1)

MO+C=M+CO     (2)

CO+MO=M=CO₂      (3)

由圖3c、3d也可以看出，金剛石C試樣與結(jié)合劑之間有明顯氣孔，金剛石D試樣金剛石表面鍍層明顯脫落，這是導(dǎo)致金剛石C、D試樣條件的抗折強(qiáng)度和耐磨性下降很大的原因。所以，表面鍍鈦、銅、鎳的金剛石與陶瓷結(jié)合劑混合，通過(guò)冷壓后燒結(jié)工藝制得的陶瓷磨具，力學(xué)性能提高并不明顯，甚至?xí)档湍ゾ咝阅堋?/SPAN>

3        結(jié)論

（1）       對(duì)金剛石表面鍍鈦、鍍鎳和鍍銅，在與陶瓷磨具同樣的溫度工藝處理后，表面金屬鍍層在含氧氣氛中會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致鍍層疏松、脫落。

（2）       將未鍍覆、鍍鈦、鍍鎳、鍍銅金剛石與陶瓷結(jié)合劑按一定配比混合冷壓燒結(jié)制成試樣條，其抗折強(qiáng)度為未鍍覆＞鍍鈦＞鍍銅＞鍍鎳，并且表面未鍍覆金剛石的耐磨性最好。

（3）       金剛石表面鍍覆鈦、銅、鎳對(duì)冷壓燒結(jié)的陶瓷結(jié)合劑金剛石磨具的力學(xué)性能提高并不明顯，甚至可能會(huì)降低磨具的性能，所以使用時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎。

參考文獻(xiàn)：

[1]侯永政.陶瓷磨具制造[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2010.

[2]　王明智，王艷輝，趙玉成，等.超硬磨料表面鍍覆（涂覆）的種類、方法及用途（Ⅰ）[J].金剛石與磨料磨具工程，2004（5）:68-72.

[3]　王明智，王艷輝。趙玉成，超硬磨料表面鍍覆（涂覆）的種類、方法及用途（Ⅱ）[J].金剛石與磨料磨具工程，2004（6）:68-72.

[4]　郭志敏，張向紅，臧建英，等.磨料表面鍍覆對(duì)陶瓷結(jié)合劑超硬磨具強(qiáng)度的影響[J].超硬材料工程，2005（1）：10－21.

[5]　包亦望，金宗哲.脆性材料彎曲強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的關(guān)系研究[J].中國(guó)建筑材料科學(xué)研究學(xué)報(bào)，1991（3）：1－5.

[6]　JACKSON M J,BARLOW N,MILLS B.Effect of bond composition on the strength of partially-bonded vitrified ceramic abrasives [J].Journal of Materials Science Letters,1994,13(17):1287-1289.

作者簡(jiǎn)介　程文勝，男，1988年生，鋼鐵研究總院研究生，主要研究方向：陶瓷結(jié)合劑超硬磨具。