5.2 結合劑中添加成份的影響
這里所說的添加成份是與合金中的主成份相對而言的,是泛指除主成份之外的其它組元。滲加成份一般用量較少,但也不盡然,有些滲加成分用量可能相當高。例如銅,在Co基、Fe基、WC基結合劑中,滲加成分用量都相當高,含量常常僅次于主成分而居于第二位,因而這三類結合劑其實也可以分別稱為Co-Cu基、Fe-Cu基、WC-Cu基結合劑。
滲加成分按其在結合劑中所起作用可以大致劃分為以下幾類。
5.2.1 粘結成分
主要是指Cu、Sn、Zn等熔點低、硬度低的金屬。這些金屬在燒結過程中較早熔融,成為液相,使結合劑具有液相燒結的一切特征,在較低的溫度下發生位移、擴散、致密化、合金化等一系列燒結過程中的物理化學變化,從而得到我們希望的燒結體。因而,粘結金屬起著必不可少的重要作用。例如Sn、Zn,雖用量很少,但作用不可低估,它們的成份和用量即使只有2%-5%的變化,也會對燒結工藝條件(溫度、壓力、時間)和燒結體性能(密度、硬度、韌度)產生顯著的影響。
5.2.2 骨架成分
這是指結合劑中硬度高、熔點高的添加成分。它可以提高結合劑的硬度和耐磨性。在Cu基、Co基、Fe基等非鎢基結合劑中,W、WC、W2C就是骨架金屬。
在Cu基結合劑中,Fe、Co、Ni也起骨架金屬的作用。通過調節這些成分,可以調整產品性能和適用范圍。
5.2.3 強化成分
這主要是指只要少量添加即可顯著提高合金強度的那些金屬元素,例如Mo、Be以及Ce等稀土元素。在Cu基結合劑中加入1.5%左右Be,可以提高強度和硬度3 5倍。同時,塑性顯著降低,這意味結合劑的自銳性亦即鋸片的鋒利性將顯著提高。
5.2.4 親和成分
這是指能夠增強結合劑對金剛石化學親和力的成份。對金剛石能夠產生化學親和力的金屬有兩類。一類是Fe、Co、Ni等Ⅷ族過渡金屬,它們在高溫下是碳的溶劑,能夠溶解金剛石,但不能與之生成穩定的化合物。另一類是Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W等周期表中的ⅣB、ⅤB、VIB族金屬,它們對金剛石有更強的親和力,能夠在高溫下與之生成穩定化合物,因此有人稱之為碳化物形成元素。
這兩類金屬的作用不僅在于它們本身對金剛石的親和作用,還有另外一個作用--它們的加入可能改善結合劑金屬整體對金剛石的親和性能,提高對金剛石的浸潤性,增強結合劑對金剛石溶劑化作用。
5.3 結合劑機械性能的影響
作為鋸片的金屬結合劑,其機械性能要符合鋸片的使用要求。鋸片要求既要耐用,又要鋒利,結合劑既要求有足夠高的硬度和強度,又要求有足夠的脆性,以便在鋸切過程中適時磨損,保持金剛石有足夠的出刃高度,從而保持鋸片自銳性(自礪性)。
因此,對鋸片的結合劑而言,其機械性能指標與普通的金屬材料有所不同,并非強度和硬度越高越好,而是要適當;韌性更不允許太高,而是要有一定脆性。有人對此提出不同于通常強化金屬材料要求的所謂"弱化"的概念。但應注意,并非越"弱"越好,而是強度、硬度、脆性都要適當。而且,對于不同用途、不同種類的鋸片,這些指標各不相同,要求有各自適當的范圍。一般的規律是,加工堅硬的可鋸性差的石材,要求硬度、強度、韌性高一些;而對于加工可鋸性好的軟質石材而言,則這些機械性能指標相應宜低一些。生產實踐中,普遍使用銅基結合劑加工大理石及軟花崗石,使用WC基結合劑加工硬花崗石,使用Co基結合劑加工中等硬度石材。順便指出,那種加工硬石材宜用軟結合劑而加工軟石材宜用硬結合劑的說法,似手缺乏足夠的理論根據,也不符合生產實際。
從原材料的角度講,為了保證結合劑的機械性能,不僅要確定適當的成份配比,還要注意各種金屬粉末的粒度、表面狀況(氧化程度等)、加入形式(單金屬粉末,預合金粉末等)。粒度不可過粗,主成分應細于200目,添加成分一般應細于300目,Ti、Cr等少量添加成分粒度應更細一些。否則,在結合劑中的分散程度不夠,盡管加入量達到了配方要求,實際上也起不到應有的作用。