石墨形態對青銅結合劑磨具性能的影響

摘要：本文通過對普通石墨、表層鍍覆不同含量的石墨等材料的加入，利用真空熱壓的工藝，對在金剛石磨具中加入石墨的形式不同時對磨具力學性能的影響進行了實驗和分析。通過實驗發現，金剛石磨具中隨著純石墨加入量的增加，磨具的硬度和抗折強度均會降低；而加入表面鍍銅的石墨的金剛石磨具的硬度、抗折強度比加入純石墨的磨具的硬度、抗折強度大且石墨鍍銅的銅含量越高，磨具硬度、抗折強度越大。

關鍵詞：石墨 青銅結合劑 磨具

引言 石墨作為青銅結合劑磨具一種調節磨具磨削性能的非金屬材料，具有造孔、潤滑和吸氧的作用， 可以有效的防止金屬結合劑磨具鈍化、鋒利性差及減輕磨削堵塞問題。但隨著石墨含量的增加也出現一些負作用，最明顯的是磨具的硬度與強度下降。如何在保證磨具磨削性能穩定的情況下合理使用石墨成分是在磨具生產中要思考的問題。為此，我們通過使用普通石墨粉末和表面通過鍍銅的石墨兩種類型、三種不同原材料的加入對磨具的影響進行了實驗研究。

一、實驗設備與儀器

實驗中所用設備主要有RYJ-2000K型真空熱壓機、HR150洛氏硬度計、WDW-S5液晶顯示電子拉力試驗機。

二、實驗過程

實驗試樣規格：40×5×5

實驗原材料：Cu粉、Sn粉、石墨粉、50%增重鍍銅石墨、60%增重鍍銅石墨、金剛石

實驗工藝：原材料(各種金屬粉末、非金屬粉末及金剛石)——配混料——真空熱壓——試樣性能檢測。

熱壓工藝制度：熱壓最高溫度為680 ℃，熱壓壓力為5 MPa，保溫5 min。最高溫度之前的熱壓壓力為2MPa， 中途550℃時熱壓壓力3.5MPa，保溫2min，設定第0階段溫度變化速率100℃/min，其它階段溫度變化速率50℃/min，具體參數見表1所示。

表1 熱壓工藝參數表

階段溫度(℃)壓力(MPa)保溫時間(min)

042020.1

15503.52

268055

340024

4000.1

三、實驗結果與分析

圖1 和圖2分別是不同種類的石墨在含量不同時對試樣抗折強度和硬度的影響變化規律。從圖發現，石墨含量的增加都會不同程度地降低試樣的強度與硬度，但鍍覆銅的石墨降低幅度變小，用降幅隨含銅量的增加而減小，其間的差距加大。

圖1與圖2的這種變化關系很顯然是因為石墨在青銅結合劑中與主金屬銅的燒結性很差，所以含量增加對其硬度和強度都會影響并降低。但當使用鍍銅石墨后，由于鍍銅本身形成了與石墨的較強的結合，又能表層鍍銅和青銅結合劑可以實現金屬與金屬之間的燒結，故性能降低的幅度明顯減小，有利于磨具磨削性能和使用速度的提高(圖3)。

四、 結論

(1)在青銅結合劑中加入同種類型石墨，隨著石墨加入量的增加，金剛石磨具的硬度與抗折強度均會下降;

(2)在青銅結合劑中加入相同含量的石墨，加入表面經過鍍覆處理的石墨與加入普通石墨相比，能很好的提高金剛石磨具的硬度與抗折強度，且鍍覆金屬含量越高，金剛石磨具的硬度與抗折強度提高越顯著;

(3)在青銅結合劑中添加鍍覆的石墨，能減緩磨具硬度、抗折強度隨石墨加入量的增加而降低的趨勢，加入鍍覆石墨能很好的改善磨具的相關力學使用性能。

參考文獻

[1]王秦生.金剛石燒結制品[M].北京：中國標準出版社，2002，83

[2]左宏森，關春龍.造孔劑對金屬結合劑金剛石磨具力學性能的影響[J]. 金剛石與磨料磨具工程， 2009 (10)：82～85

[3]任強富，賈 瑛.膨脹石墨表面化學鍍鎳及性能[J].應用化學，2009(4)：495～ 497

[4]楊志紅，羅時順.石墨的表面改性方法研究[J].中國非金屬礦工業導刊，2006(8)：14～16