國內主要廠家金剛石鋸片的胎體成分和性能研究(下)①

鄧福銘,毛峰,李丹,王海梁,鄒波,張玲

(中國礦業大學(北京)超硬刀具材料研究所,北京 100083)

國內主要廠家金剛石鋸片的胎體成分和性能研究(下)①

鄧福銘,毛峰,李丹,王海梁,鄒波,張玲

(中國礦業大學(北京)超硬刀具材料研究所,北京 100083)

采用掃描電子顯微鏡和能譜分析對國內主要廠家的金剛石鋸片的胎體成分、微觀形貌和燒結情況進行分析研究,并對實際切割效率進行對比。結果表明,目前國內金剛石鋸片胎體主要以Cu、Fe為主,其含量約占胎體總量的70%左右;金剛石鋸片刀頭中的金剛石晶形完整,胎體燒結致密,且胎體與金剛石界面結合較緊密;不同的金剛石鋸片根據胎體中主要金屬含量的不同,適用于切割不同的巖石,且實際使用性能良好,壽命均在150～170m2之間。

刀頭;微觀形貌;胎體成分;切割性能

圖7中,(a)為金剛石鋸片刀頭放大300倍時的形貌,從圖中可以看出,胎體和金剛石的結合不夠緊密,胎體對金剛石的把持力較小,金剛石在切割過程中容易脫落,從而影響鋸片的切割性能,但金剛石晶形比較完整,屬于高品級金剛石,(b)為胎體放大1000倍的形貌,可以看出,胎體燒結不夠致密。

由表5的能譜分析結果可知,5#刀頭的胎體材料中,主要含有Cu,其重量百分比高達71%,Cu的熔點較低,可以降低刀頭的燒結溫度,減小對金剛石的侵蝕,但是Cu的硬度和強度都比較低,大量Cu的加入使胎體的耐磨性降低,適用加工抗壓強度相比較低的巖石,比如大理石。此外,含有6.96%的Fe,Zn約為4.23%,還有少量的Sn、Si和Co。5#刀頭測試的氧含量也比較高,根據3#刀頭中對氧含量的分析可知,氧含量過高會對鋸片的切割效率和壽命造成一定的影響。

圖8(a)為金剛石鋸片刀頭放大300倍時的形貌,金剛石與胎體的結合較緊密,金剛石晶形較完整,屬于高品級金剛石。(b)為胎體放大1000倍的形貌,可以看出,胎體燒結的不夠致密。

圖7 5#金剛石鋸片刀頭的SEM形貌圖Fig.7 The SEM micrographs of 5#diamond segment

表5 5#金剛石鋸片刀頭的能譜分析結果(wt%)Table 5 The EDS analysis result of 5#diamond segment(wt%)

圖8 6#金剛石鋸片刀頭的SEM形貌圖Fig.8 The SEM micrographs of 6#diamond segment

圖9 6#金剛石鋸片刀頭的EDS圖Fig.9 The EDS graphs of 6#diamond segment

由表6的能譜分析結果可知,6#刀頭的胎體材料中,主要含有Cu、Fe和Zn,其中,Cu含量最高,重量百分比為49.66%,Fe約占29.62%,Zn約占8.25%,還有少量的Sn、Si、Mg,6#刀頭中氧含量為8.16%,不會對鋸片的切割性能造成很大影響。另外,從不同區域元素含量測定結果和胎體形貌都可以看出,6#刀頭胎體中金屬粉末分布比較均勻。

表6 6#金剛石鋸片刀頭的能譜分析結果(wt%)Table 6 The EDS analysis result of 6#diamond segment(wt%)

圖10(a)為金剛石鋸片刀頭放大300倍時的形貌,從(a)中可以看出,胎體和金剛石的界面結合較緊密,說明胎體對金剛石的把持力較大;金剛石晶形較完整,(b)為胎體放大1000倍的形貌,可見胎體燒結的致密性較好。

圖10 7#金剛石鋸片刀頭的SEM形貌圖Fig.10 The SEM micrographs of 7#diamond segment

由圖11的EDS圖譜和表7可以看出,7#刀頭的胎體材料中,主要含有Cu、Fe、Sn、Zn,其中Cu含量最高,由表7的能譜分析數據可知Cu含量為61.04%,Fe約占9.99%,Zn約占17.07%,Sn約占5.97%,還有少量的Ni、Cr、Pb,氧含量較低為4.82%。從三個不同區域測試結果來看,7#刀頭胎體中金屬粉末分布不均勻。存在嚴重的成分偏析現象。

3.2 國內主要廠家鋸片刀頭的切割性能及對比分析

金剛石鋸片的切割實驗在工廠進行,在相同的切割條件下對7種不同的鋸片做了切割實驗,切割機功率為22k w,表8為國內主要廠家鋸片的切割結果。

表7 7#金剛石鋸片刀頭的能譜分析結果(wt%)Table 7 The EDS analysis result of 7#diamond segment(wt%)

圖11 7#金剛石鋸片刀頭的EDS圖Fig.11 The EDS graphs of 7#diamond segment

表8 金剛石鋸片的切割結果Table 8 Cutting results of same diamond saw blades

從表8中可以看出,2#鋸片的切割壽命最長,為178m2,且切割速度也較高,為4.5m2/h,7#鋸片的切割速度最快,為4.6m2/h。切割壽命也較長,為172m2,5#鋸片的切割速度最低,為3.9m2/h,壽命也較短,為158m2。1#鋸片壽命最短僅為151m2,切割速度也較低,為4.1 m2/h,由實驗結果可以看出,金剛石晶形完整時,其切割速度較高,即鋸片較鋒利,胎體中Fe、W等骨架元素含量較高時,鋸片的耐磨性較好,其壽命較長。

4 結論

(1)通過對國內主要廠家的7種金剛石鋸片刀頭的測試分析,發現目前國內金剛石鋸片胎體成分主要以Cu、Fe為主,其含量約占胎體總量的70%左右,研究還發現,7種鋸片胎體中,Co的含量都很小,有3種胎體中沒有添加Co,可見,在目前金剛石鋸片的制造中,Co已基本被Fe所取代,這就很大程度地降低了金剛石鋸片生產的成本。

(2)通過采用掃描電鏡對刀頭顯微形貌的觀察發現,2#、4#、7#刀頭中的金剛石晶形完整,胎體燒結致密,且胎體與金剛石的界面結合較緊密。刀頭胎體不同區域的能譜分析測試數據顯示,2#、4#、7#刀頭胎體中金屬粉末分布比較均勻,其它幾種刀頭出現成分偏析,各方面性能相對較差。

(3)七種不同的刀頭根據其胎體中金屬主含量的不同,適用于切割硬度不同的巖石,在實際使用過程中,七種鋸片的使用性能良好,壽命均在150～170m2之間。

[1] 王秦生,宋誠,左宏森.金剛石鋸片使用性能影響因素系統分析[J].金剛石與磨料磨具工程,2001(5):40-44.

[2] 談耀麟.金剛石粒度對金剛石鋸片性能的影響[J].超硬材料工程,2006(1):10-13.

Study on composition and performance of diamond saw blade matrix made by major domestic manufacturers

DENG Fu-ming,MAO Feng,LI Dan,WANG Hai-liang,ZOU Bo,ZHANG Ling
(Institute of Super-hard Cutting Tool Materials,China University of Mining and Technology(Beijing),Beijing 100083,China)

By using SEM and EDS,it has analyzed the matrix composition,microstructure and sintering situation of diamond saw blade made by the major domestic manufacturers, and compared the saw blade cutting efficiency.The result shows that:the main composition of domestic diamond sawblade is Cu and Fe which content is about 70%in the matrix;the diamond crystal in the saw blade is integral,sintered matrix is denser,and interface between matrix and diamond is tighter;based on the difference of metal content in the matrix,the different diamond saw blade is capable to cut different kind of rock,and the performance is admirable,the working life of the saw blade is between 150m2～170m2.

diamond segment;microstructure;matrix composition;cutting performance

TQ164

A

1673-1433(2013)04-0014-04

2013-09-18

鄧福銘(1963-),男,中國礦業大學(北京)超硬刀具材料研究所所長,教授/博導,主要從事金剛石等超硬材料及其應用研究。