摘要：在金刚石工具的使用过程中，金刚石的利用率只有一半，大量的金刚石并非磨损失效，而是以脱落形式流失，本文简述了金刚石脱落的原因，提出了采用钎焊连接的方式提高金刚石的利用率。将钎焊原理引入粉末冶金可以大大改善工具的综合性能，以金刚石工具为例，应用预合金粉末，可以在提高切削速度的同时延长工具寿命，解决困扰行业多年的难题。文中分析了影响金刚石工具使用性能的主要因素，指出了采用预合金粉末法实现对金刚石的扩散钎焊连接是改进金刚石工具使用性能的有效途径。预合金粉在烧结温度时的界面张力小于常用的金属粉末，粘结剂可以浸渍、润湿金刚石和胎体，将金刚石与胎体钎接在一起；预合金粉提高了所有组员金属的强度、硬度和强韧性，降低了高熔点金属的活化温度，增强了粉末的抗氧化性，很好的改善了金属粉的综合性能。试验检测显示：预合金粉真正实现了液相烧结，利用钎焊机理将烧结性差的粉末焊在了一起，可以降低烧结温度、改善烧结过程；在预合金粉末中添加的铬、钛、钒、锆、镍、锰等金属可以在液相状态下对金刚石浸润。应用效果表明：由于预合金粉末含有强碳化物形成元素，预合金粉与金刚石的亲和力强，在烧结过程中可以实现胎体与金刚石的钎接，使金刚石的出刃高度大大提高。采用预合金技术可以在提高切削速度的同时延长工具寿命，解决困扰行业多年的难题。

关键词：预合金粉末；钎焊连接；浸润金刚石；碳化物形成；液相烧结

中图分类号：TB3 TG3 TG7 TG454

0  前言

从1954年人造金刚石诞生起始，金刚石工具的应用日益广泛，其中，石材加工行业的金刚石锯片是耗用金刚石的最大领域，其耗用量约占全国人造金刚石总产量的90％。据国内外统计资料估计，目前世界上工业金刚石70％左右用于制造石材加工工具，其中占绝大多数的是金刚石圆锯片。

在金刚石圆锯片的使用过程中，金刚石的利用率比较低，这是因为刀头中的金刚石并非磨损失效，而是以脱落形式大量流失。传统的金刚石刀头制造是靠胎体对金刚石的把持作用固定金刚石，当胎体磨损到金刚石被过多暴露时，金刚石会自行脱落。

提高胎体与金刚石的结合力是避免金刚石早期脱落最有效的技术措施。遗憾的是金刚石与胎体是很难连接的，目前比较有效的技术措施是在金刚石表面镀上钛、镍等金属，以便实现金刚石与胎体的有效结合。

传统的胎体粉是由纯金属或者简单合金构成，这些金属要么对金刚石不润湿、要么在烧结温度下对金刚石没有润湿性。研究中，在传统的铜合金中添加铬、钛、钒、锆、镍、锰等金属形成预合金，制成粉末的预合金含有对金刚石润湿的活性元素，在金刚石到头烧结过程中，活性元素与金刚石相互扩散，实现了胎体与金刚石的钎焊连接。

预合金粉末一方面可以提高合金对金刚石的浸润性，增加金刚石的出刃高度，提高金刚石的利用率；另一方面，粉状钎料比机械混合粉末的化学成分稳定，克服了机械混合粉末的比重偏析、低熔点金属先熔与富集、易氧化及易挥发，低熔点易挥发金属在烧结过程中被烧损等影响胎体性能的因素，保证了金刚石刀头的稳定性和一致性。

1  骨架和粘结剂对金刚石的把持作用

人造金刚石刀头的胎体一般由骨架成分和粘结剂两组分构成，一般选取高熔点、高耐磨、高强度的金属做骨架材料，选用一组低熔点金属用作粘结剂。

在结合剂的选用上，由于常用的低熔点金属（锡、锌等）强度低、易氧化、易富集，它的性能不够理想，银、铜等金属可以克服上述缺点，但是较高的熔点或价格限制了它们的使用。

在机械混合粉末烧结的胎体中，存在于刀头中的金刚石是靠机械包镶和把持作用与胎体连接在一起的，金刚石与胎体的连接主要是机械连接。

烧结后的金属结合剂胎体已具有一定的致密度和相当高的强度、硬度、韧性，对包裹在其中的金刚石也具有较牢固的机械镶嵌作用。

结合剂应具备两个基本功能：一是将耐磨材料连接成网格骨架把持金刚石；二是能随着金刚石的磨耗而磨耗，使金刚石正常出刃。另外，结合剂除了具备一定的硬度、韧性和耐磨性之外，如果对金刚石有一定的浸润性将极大的提高金刚石的出刃高度，从而改善金刚石工具的使用性能。

性能良好的结合剂，就是在金刚石、胎体材料、气孔率、制造、使用诸条件确定的情况下，能形成足够稳定的胎体；使用时胎体能与金刚石较好地保持同步磨损或略超前磨损，让金刚石充分发挥作用的同时合理地磨损、脱落。

2  活性元素对金刚石的扩散钎焊

由于胎体的软化、弱化作用，单纯的机械把持作用不能避免金刚石的早期脱落，寻求金刚石与胎体材料的冶金结合途径一直是金刚石工具行业追求的目标。

采用金刚石表面镀覆活性元素是一种可行的技术方案。活性元素指的是强碳化物形成元素和过渡族元素，这些元素能与金刚石发生界面反应生成化合物，使得金刚石表面覆盖一层易于与胎体金属结合的金属，这层金属可以很好的与胎体金属钎焊在一起。

常用的活性元素有钛（Ti）、铬(Cr)

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