羰基鎳粉在燒結(jié)金剛石圓鋸片中的應(yīng)用①

張翠芳，董小雷

（河北小蜜蜂工具集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 050800）

電解Ni粉一直是國(guó)內(nèi)金剛石工具生產(chǎn)廠家主要的原材料之一，但是近年來(lái)，受多方面因素影響，金屬結(jié)合劑金剛石制品所用原材料金屬粉末價(jià)格持續(xù)上漲，特別是電解Ni粉，由于國(guó)內(nèi)Ni資源貧乏，生產(chǎn)廠家較少，不僅價(jià)格居高不下，而且貨源緊張，給金剛石制品生產(chǎn)廠家?guī)?lái)較大壓力。因此，拓寬Ni粉選擇范圍，緩解供應(yīng)緊張，滿足生產(chǎn)需求，已是生產(chǎn)廠家迫在眉睫的任務(wù)。羰基Ni粉，具有高耐氧化性、穩(wěn)定性的特點(diǎn)，是較細(xì)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(guò)去價(jià)格較高，在金剛石制品行業(yè)應(yīng)用較少，而目前，由于電解Ni粉價(jià)格的上漲，二者價(jià)格已無(wú)太大差別，所以其應(yīng)用成為可能。

Inco公司123型、255型羰基Ni粉［1］，生產(chǎn)工藝先進(jìn)穩(wěn)定，123型鎳粉是粉末冶金鋼領(lǐng)域的全球標(biāo)準(zhǔn)，為單顆粒刺球狀，顆粒尺寸D50為8微米，利用低強(qiáng)度混料設(shè)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(guó)粉末冶金行業(yè)得到廣泛應(yīng)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(shí)不容易均勻，需要使用高強(qiáng)度的混料設(shè)備。

本文分別使用Inco公司羰基Ni粉替代電解Ni粉并設(shè)計(jì)新的配方，然后進(jìn)行燒結(jié)和切割性能試驗(yàn)，探索羰基Ni粉對(duì)燒結(jié)金剛石圓鋸片性能的影響。

1 試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)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(yàn)設(shè)備及條件

試驗(yàn)鋸片：Φ114D規(guī)格燒結(jié)金剛石圓鋸片，齒高11.5mm，齒數(shù)8，投料5.7g／齒。

試驗(yàn)設(shè)備：云石機(jī)，功率為1.2kW，轉(zhuǎn)速為12000r／min。

試驗(yàn)對(duì)象：花崗巖板材（三花、中國(guó)黑），厚度1.8～2.0cm。

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

1.3 試驗(yàn)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(xiàn)用成熟配方中的電解Ni粉，含量5%～6%。不改變壓制燒結(jié)工藝，試驗(yàn)壓制Φ114D鋸片；在鐘罩爐燒結(jié)，燒結(jié)溫度870℃～890℃。對(duì)比鋸片刀頭硬度、強(qiáng)度及進(jìn)行切割試驗(yàn)。

1.3.2 羰基Ni粉新配方試驗(yàn)

分別使用123型、255型羰基Ni粉設(shè)計(jì)新配方，含量6%～8%，試驗(yàn)壓制Φ114D鋸片；在鐘罩爐燒結(jié)，燒結(jié)溫度870℃～890℃。對(duì)比鋸片刀頭硬度、強(qiáng)度并進(jìn)行切割試驗(yàn)。

2 討論

2.1 羰基Ni粉替代電解Ni粉結(jié)果分析

（1）對(duì)刀頭硬度、強(qiáng)度的影響

刀頭硬度，使用HR－150A型洛氏硬度計(jì)測(cè)定刀頭的硬度HRB數(shù)值。

刀頭粘結(jié)強(qiáng)度，參照歐洲《EN13236：2001，磨料磨具安全標(biāo)準(zhǔn)》，取刀頭斷裂的最大彎矩值Mmax＝F×LF／103［N·m］。使用SNB20B 型號(hào)，范圍4～20N.m數(shù)顯扭矩扳手進(jìn)行刀頭斷裂最大彎矩值檢測(cè)。

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(qiáng)度數(shù)值?？梢钥闯觯褂?23、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(qiáng)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(qiáng)度數(shù)值Table 1 Hardness and strength of the segments with same Ni content

（2）對(duì)切割性能的影響

表2是切割花崗巖速度及計(jì)算壽命的數(shù)據(jù)對(duì)比。通過(guò)對(duì)比可見，使用255型羰基Ni粉與電解Ni粉鋸片切割性能相當(dāng)，使用123型羰基Ni粉鋸片濕切性能相當(dāng)，干切效果則較差，壽命略有提高。

表2 切割花崗巖速度及計(jì)算壽命的數(shù)據(jù)對(duì)比Table 2 Comparison of the cutting rate and working life for granite

2.2 羰基Ni粉新配方試驗(yàn)

（1）切割試驗(yàn)

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(shù)據(jù)。二者濕切鋒利度相當(dāng)，干切效果255型較好，壽命123型較長(zhǎng)。

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(shù)據(jù)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F(xiàn)ig.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F(xiàn)ig.2 SEM image of cross－section texture of segment 1728－2

采用123型羰基Ni粉燒結(jié)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(jié)時(shí)羰基Ni之間形成部分搭橋，支撐胎體，收縮不一致，造成燒結(jié)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(yàn)的數(shù)據(jù)基本一致，即胎體致密度高，耐磨性好，對(duì)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(duì)金剛石包鑲狀態(tài)的SEM照片。

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

圖4 1728－2胎體對(duì)金剛石的包鑲狀態(tài)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(duì)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(jié)，胎體致密化程度受到限制，如果能夠采用更先進(jìn)的燒結(jié)設(shè)備，提高燒結(jié)時(shí)的壓力，同時(shí)采用封閉式模具燒結(jié)，可以進(jìn)一步提高胎體對(duì)金剛石的把持力，達(dá)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(xì)膩，燒結(jié)致密化程度較好。

圖5 1728－1刀頭組織高倍SEM照片F(xiàn)ig.5 SEM image of 1728－1segment texture

圖6 1728－2刀頭組織高倍SEM照片F(xiàn)ig.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(qiáng)度對(duì)比

根據(jù)上面對(duì)羰基Ni粉的試驗(yàn)情況，選擇255型羰基Ni粉，采用不同含量，進(jìn)行了刀頭硬度及強(qiáng)度測(cè)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(jié)強(qiáng)度數(shù)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(shì)，當(dāng)含量提高到4%時(shí)，硬度有明顯提高，這一點(diǎn)有助于鋸片干切性能的提升。刀頭強(qiáng)度隨著Ni粉含量的增加，也呈上升趨勢(shì)，但比較緩慢，過(guò)高的強(qiáng)度會(huì)對(duì)鋸片的自銳性產(chǎn)生不利影響，因此加入量不宜超過(guò)8%。

圖7 抽取不同含量的255型羰基Ni粉鋸片刀頭硬度數(shù)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(jié)強(qiáng)度數(shù)值Fig.8 The bonding strength of segments of the saw blade with different content of 255carbonyl Ni powders

3 結(jié)論

（1）Inco羰基Ni粉性能穩(wěn)定，可以應(yīng)用于燒結(jié)型金剛石圓鋸片中。

（2）123型羰基Ni粉適合開發(fā)使用時(shí)加水充足，對(duì)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(wú)明顯差別；可以根據(jù)情況，分別選用。綜合考慮，加入量控制在4%～8% 以內(nèi)，可以達(dá)到較好的實(shí)用性與經(jīng)濟(jì)性。

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

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