羰基鎳粉在燒結金剛石圓鋸片中的應用①

張翠芳，董小雷

（河北小蜜蜂工具集團有限公司，河北 石家莊 050800）

電解Ni粉一直是國內金剛石工具生產廠家主要的原材料之一，但是近年來，受多方面因素影響，金屬結合劑金剛石制品所用原材料金屬粉末價格持續上漲，特別是電解Ni粉，由于國內Ni資源貧乏，生產廠家較少，不僅價格居高不下，而且貨源緊張，給金剛石制品生產廠家帶來較大壓力。因此，拓寬Ni粉選擇范圍，緩解供應緊張，滿足生產需求，已是生產廠家迫在眉睫的任務。羰基Ni粉，具有高耐氧化性、穩定性的特點，是較細的粉末顆粒，能夠更好地形成合金元，使胎體致密化程度提高。但由于過去價格較高，在金剛石制品行業應用較少，而目前，由于電解Ni粉價格的上漲，二者價格已無太大差別，所以其應用成為可能。

Inco公司123型、255型羰基Ni粉［1］，生產工藝先進穩定，123型鎳粉是粉末冶金鋼領域的全球標準，為單顆粒刺球狀，顆粒尺寸D50為8微米，利用低強度混料設備就能混合均勻，在鐵粉中很容易分散。255型羰基鎳粉在中國粉末冶金行業得到廣泛應用，但255型羰基鎳粉為鏈珠狀粉末，原始顆粒尺寸2～3微米，混料時不容易均勻，需要使用高強度的混料設備。

本文分別使用Inco公司羰基Ni粉替代電解Ni粉并設計新的配方，然后進行燒結和切割性能試驗，探索羰基Ni粉對燒結金剛石圓鋸片性能的影響。

1 試驗方法

1.1 試驗材料

采用的粉料主要為鐵粉－200目、銅粉－300目、錫粉－300目；

電解鎳粉－300目，Inco公司123、255型羰基Ni粉。

1.2 試驗設備及條件

試驗鋸片：Φ114D規格燒結金剛石圓鋸片，齒高11.5mm，齒數8，投料5.7g／齒。

試驗設備：云石機，功率為1.2kW，轉速為12000r／min。

試驗對象：花崗巖板材（三花、中國黑），厚度1.8～2.0cm。

試驗條件：濕切／干切，切割試驗由同一操作者完成，花崗巖板材均分，以減少誤差。

1.3 試驗方案

1.3.1 羰基Ni粉替代電解Ni粉

分別使用123型、255型羰基Ni粉，直接替代現用成熟配方中的電解Ni粉，含量5%～6%。不改變壓制燒結工藝，試驗壓制Φ114D鋸片；在鐘罩爐燒結，燒結溫度870℃～890℃。對比鋸片刀頭硬度、強度及進行切割試驗。

1.3.2 羰基Ni粉新配方試驗

分別使用123型、255型羰基Ni粉設計新配方，含量6%～8%，試驗壓制Φ114D鋸片；在鐘罩爐燒結，燒結溫度870℃～890℃。對比鋸片刀頭硬度、強度并進行切割試驗。

2 討論

2.1 羰基Ni粉替代電解Ni粉結果分析

（1）對刀頭硬度、強度的影響

刀頭硬度，使用HR－150A型洛氏硬度計測定刀頭的硬度HRB數值。

刀頭粘結強度，參照歐洲《EN13236：2001，磨料磨具安全標準》，取刀頭斷裂的最大彎矩值Mmax＝F×LF／103［N·m］。使用SNB20B 型號，范圍4～20N.m數顯扭矩扳手進行刀頭斷裂最大彎矩值檢測。

表1是使用5%～6% 相同含量的123型、255型羰基Ni粉、電解Ni粉的鋸片刀頭硬度及強度數值。可以看出，使用123、255型羰基Ni粉鋸片，較使用電解Ni粉鋸片刀頭硬度略有提高，刀頭強度分別提高15%、20% 左右。

表1 使用相同含量Ni粉的鋸片刀頭硬度及強度數值Table 1 Hardness and strength of the segments with same Ni content

（2）對切割性能的影響

表2是切割花崗巖速度及計算壽命的數據對比。通過對比可見，使用255型羰基Ni粉與電解Ni粉鋸片切割性能相當，使用123型羰基Ni粉鋸片濕切性能相當，干切效果則較差，壽命略有提高。

表2 切割花崗巖速度及計算壽命的數據對比Table 2 Comparison of the cutting rate and working life for granite

2.2 羰基Ni粉新配方試驗

（1）切割試驗

表3是抽取6%～8% 相同含量的123型、255型羰基Ni粉鋸片，切割花崗巖的的數據。二者濕切鋒利度相當，干切效果255型較好，壽命123型較長。

表3 抽取相同含量的123型、255型羰基Ni粉鋸片切割花崗巖的的數據Table 3 Data of cutting granite by saw blade with same content of 123and 255carbonyl Ni powders

（2）微觀組織分析

圖1、圖2分別是1728－1、1728－2刀頭斷面組織低倍SEM照片。

圖1 1728－1刀頭斷面組織低倍SEM照片Fig.1 SEM image of cross－section texture of segment 1728－1

圖2 1728－2刀頭斷面組織低倍SEM照片Fig.2 SEM image of cross－section texture of segment 1728－2

采用123型羰基Ni粉燒結收縮孔洞較采用255型羰基Ni粉的少，致密度高。分析原因主要是255型粉末顆粒呈鏈珠狀，不利于與其它粉料混合均勻；再者，燒結時羰基Ni之間形成部分搭橋，支撐胎體，收縮不一致，造成燒結后有較多的收縮孔洞存在。二者胎體組織上的這種差異與切割性能試驗的數據基本一致，即胎體致密度高，耐磨性好，對金剛石把持力高，有利于濕切，特別是壽命明顯提高；而胎體收縮孔洞稍多，胎體散熱與自銳性較好，有利于干切。

圖3、圖4分別是1728－1、1728－2胎體對金剛石包鑲狀態的SEM照片。

圖3 1728－1胎體對金剛石的包鑲狀態Fig.3 The retention between the matrix and diamond of segment 1728－1

圖4 1728－2胎體對金剛石的包鑲狀態Fig.4 The retention between the matrix and diamond of segment 1728－2

二者胎體與金剛石間均存在較大的縫隙，對金剛石的包鑲不緊密，金剛石易脫落，影響鋒利度及使用壽命。分析原因在于采用自制鐘罩爐與開放式模具燒結，胎體致密化程度受到限制，如果能夠采用更先進的燒結設備，提高燒結時的壓力，同時采用封閉式模具燒結，可以進一步提高胎體對金剛石的把持力，達到更佳的使用效果。

圖5、圖6分別為1728－1、1728－2刀頭組織高倍SEM照片，顯示此處胎體組織較為均勻細膩，燒結致密化程度較好。

圖5 1728－1刀頭組織高倍SEM照片Fig.5 SEM image of 1728－1segment texture

圖6 1728－2刀頭組織高倍SEM照片Fig.6 SEM image of 1728－2segment texture

2.3 不同含量255型羰基Ni粉鋸片刀頭硬度、強度對比

根據上面對羰基Ni粉的試驗情況，選擇255型羰基Ni粉，采用不同含量，進行了刀頭硬度及強度測試。

圖7、圖8是抽取3%、4%、6%、8% 含量的255型羰基Ni粉鋸片刀頭硬度、粘結強度數值。從圖中可以看出，隨著Ni粉含量的增加，刀頭硬度呈上升趨勢，當含量提高到4%時，硬度有明顯提高，這一點有助于鋸片干切性能的提升。刀頭強度隨著Ni粉含量的增加，也呈上升趨勢，但比較緩慢，過高的強度會對鋸片的自銳性產生不利影響，因此加入量不宜超過8%。

圖7 抽取不同含量的255型羰基Ni粉鋸片刀頭硬度數值Fig.7 Hardness of segments of the saw blade with different content of 255carbonyl Ni powders

圖8 抽取不同含量的255型羰基Ni粉鋸片刀頭粘結強度數值Fig.8 The bonding strength of segments of the saw blade with different content of 255carbonyl Ni powders

3 結論

（1）Inco羰基Ni粉性能穩定，可以應用于燒結型金剛石圓鋸片中。

（2）123型羰基Ni粉適合開發使用時加水充足，對鋸片壽命要求較高的配方；255型羰基Ni粉可以直接替代電解Ni粉，使用性能無明顯差別；可以根據情況，分別選用。綜合考慮，加入量控制在4%～8% 以內，可以達到較好的實用性與經濟性。

（3）總體對比，255型羰基Ni粉更適合金剛石制品行業，但要注意混料均勻性。

［1］Inco公司產品報告會（粉末冶金行業）.加商英可金屬（上海）有限公司，廣東粵鵬精細化工有限公司，2006年4月