PDF《Cumn 基含 Ti 预合金钎焊金刚石的结合界面分析》

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1 试验材料与方法 采用 HERMIGA100 / 30VIR 型高压雾化设备制备 预合 金金属粉末, 雾化气体为高纯氩气. 用SE- TARAM labsysTM 型高温差示扫描量热分析仪 (DSC) 测定预合金粉末的熔点.将粉末与金刚石 (粒径约

0 .25 ~

0 .30 mm, 浓度为

25 ) 按一定比例混合均匀 后置 入模具中在粗真空钎焊工艺条件(真空度1X103 pa, 温度1151 K, 升温速度80 K / min, 压力35 Mpa, 保温时间5 min) 下烧结制成40 mm X

4 mm X

8 mm的试样, 钎焊设备为 TLZK2001 型真空钎焊炉. 用JSM 5610LV 扫描电镜 (SEM) 及EDAX 能谱仪研 究预合金胎体材料与金刚石之间的成分及结合状 况, 用XRD 7000S 型X射线衍射仪分析结合界面 的反应产物.

2 试验结果与分析

2 .1 预合金粉末形貌分析 图1为用高纯氩气雾化法自制预合金粉末的形 貌照片, 从中看出粉末颗粒呈球状, 粒径小于30 ! m, 能谱分析显示制得的预合金粉末的成分与设计的成 分基本一致, 成分也比较均匀, 现有研究表明 [10] , 粉 末均一的合金化结构有利于降低烧结致密化温度, 提高致密性和均匀性, 从而改善金刚石工具胎体的 磨损状态, 同时提高胎体对金刚石的包镶能力和抗 冲击性能;

均一微结构还能防止人工混料时的混合 不均匀, 从而防止低熔点金属过早流失与偏析, 利于 产品的质量稳定. 图1预合金粉末形貌 Fig.1 Morphologies of prealloyed powder 图2为粉末的 DSC 曲线, 可知该粉末的熔点在

1 151 K左右, 低于金刚石的碳化温度, 在此温度下 烧结能实现液相烧结, 有利于提高金刚石制品的致 密度和强度.另外, 通过试验观察发现, 在该温度 下, 预合金粉末熔化后在石墨表面具有良好的流动 铺展性能. 图2预合金粉末的 DSC 曲线 Fig.2 DSC curve of prealloyed powder

2 .2 预合金与金刚石界面分析 图3为试样的断口形貌, 可以看出金刚石与胎 体间无明显缝隙, 表明预合金胎体能够很好地把持 金刚石.另外在金刚石表面上明显看到黏附有一层 物质, 为分析这层黏附物质, 将烧结试样浸泡于浓度 为60 的HNO3 中48 h, 将包覆金刚石的合金溶解 掉, 如图

4 所示. 图3金刚石试样的断口形貌 Fig.3 Fracture morphologies of diamond samples 图4溶解后的金刚石 Fig.4 Surface morphology of diamond grits,whose bonding matrix has been leached away with HNO3 为了检测金刚石与预合金粉末烧结后是否在界 面微区发生化学冶金反应, 对溶解出的金刚石进行 X 射线衍射分析, 如图

5 所示, 可以看出金刚石表面 有TiC 存在, 说明预合金粉末中的 Ti 原子与金刚石

70 焊接学报第28 卷 表面的 C 原子发生了化学反应. 图5金刚石表面 X 射线衍射图 Fig.5 X-ray diffraction pattern on diamond surface 为进一步观察 TiC 在金刚石表面上的形态及其 分布状况, 将溶解出的金刚石在扫描电镜下观察, 结 果见图 6, 可以看出, 沿金刚石表面外延生长有非连 图6金刚石表面能谱分析 Fig.6 Energy spectrum analysis of diamond surface 续岛状白色物质, 借助 EDAX 能谱仪对这些白色物 质做成分分析. 由!区成分分析结果可知这些白色物质含有 Ti 元素和 C 元素, 结合上述 XRD 分析结果, 可以判定 该白色岛状分布的物质为 TiC, 正是由于 TiC 的生 成, 使得金属胎体与金刚石形成化学冶金结合.从 区成分分析结果可知白色岛状物质以外的黑色区 域为金刚石, 说明 TiC 是断续的分布于金刚石表面. 由图