不同Zn—Sn含量的鐵基結(jié)合劑的耐磨性研究

肖長(zhǎng)江+朱玲艷+張恒濤+栗正新

摘 要：本文在鐵基結(jié)合劑中加入Zn和Sn含量分別為0%、2.5%、5%、7.5%、10%和10%、7.5%、5%、2.5%、0%；采用熱壓燒結(jié)制備出不同Zn和Sn含量的鐵基結(jié)合劑樣品，并對(duì)鐵基結(jié)合劑樣品的密度、硬度和耐磨性進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：鐵基結(jié)合劑中加入Sn含量在2.5%左右，Zn含量在7.5%左右時(shí)，鐵基結(jié)合劑的硬度最高，耐磨性最好。

關(guān)鍵詞： 鐵基結(jié)合劑；Zn-Sn；熱壓燒結(jié)；耐磨性

1 前言

金屬結(jié)合劑金剛石工具是目前應(yīng)用最廣泛的一種金剛石磨具，金屬結(jié)合劑工具采用青銅、鐵、鈷、鎳合金為主要結(jié)合材料，磨料把持強(qiáng)度相對(duì)較高，耐溫導(dǎo)熱性能好，耐用[1，2]。在金屬結(jié)合劑中，鐵基結(jié)合劑因具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉；與金剛石具有較好的潤(rùn)濕性和較大的附著功；有較好的可成形性和可燒結(jié)性；有較適宜的力學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。但由于Fe粉很容易氧化，降低了粉末表面活性，從而影響燒結(jié)過(guò)程的進(jìn)行，使實(shí)際燒結(jié)過(guò)程難以達(dá)到理想的燒結(jié)程度。此外，F(xiàn)e粉在高溫下會(huì)對(duì)金剛石產(chǎn)生較嚴(yán)重的化學(xué)侵蝕作用，嚴(yán)重影響結(jié)合劑對(duì)金剛石的有效把持，導(dǎo)致Fe基金剛石圓鋸片在鋸切過(guò)程中金剛石容易脫落，鋸片壽命短，從而阻礙了Fe基金剛石圓鋸片的廣泛使用，所以在鐵基結(jié)合劑中還常常摻入加Sn、Zn、Co 和WC等成分來(lái)改善鐵基結(jié)合劑的性能。

本文在鐵基結(jié)合劑中加入Zn和Sn含量分別為0%、2.5%、5%、7.5%、10%和10%、7.5%、5%、2.5%、0%，采用熱壓燒結(jié)制備出不同Zn和Sn含量的鐵基結(jié)合劑樣品，并對(duì)鐵基結(jié)合劑樣品的密度、硬度和耐磨性進(jìn)行了測(cè)試。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

本文采用的原材料為300目的Fe粉，還原Ni粉以及WC粉，200目的Cu粉、Sn粉和Zn粉，其具體的配方如表1 所示。在配方中，F(xiàn)e 、Ni、Cu粉和WC粉含量保持不變，改變Zn和Sn的含量，但它們總的含量保持為10%，共5個(gè)配方。按照配方稱好各種金屬粉末，在球磨機(jī)中混合均勻，然后裝入石墨模具中，試樣的尺寸為Φ7 mm ×10 mm。采用熱壓燒結(jié)的方法來(lái)燒結(jié)樣品，具體燒結(jié)工藝參數(shù)為燒結(jié)溫度為760℃，壓力為20MPa，保溫時(shí)間10min。[3]

采用阿基米德法來(lái)測(cè)試樣品的密度；硬度測(cè)試在HR- 50A 型洛氏硬度計(jì)上進(jìn)行；耐磨性的測(cè)試采用NMW-1立式萬(wàn)能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，磨損對(duì)象為白剛玉砂輪。實(shí)驗(yàn)前后試樣質(zhì)量變化即為磨損量。

3 結(jié)果與討論

對(duì)于相同成分的材料來(lái)說(shuō)，一般情況下，樣品的密度越高，樣品的耐磨性越好，所以先測(cè)量樣品的密度。不同配方的鐵基結(jié)合劑采用熱壓燒結(jié)后得到的密度如圖1所示。

由圖1 中可以看出，在鐵基結(jié)合劑中加入不同的Zn和Sn含量，隨著鐵基結(jié)合劑中Sn含量的增大，樣品的密度在一定范圍內(nèi)先增大，然后有降低的趨勢(shì)；當(dāng)含Sn量為2.5%左右，含Zn量為7.5%時(shí)，鐵基結(jié)合劑樣品的密度最高，具體密度值的變化從7.78 g/cm3升高到最大值8.07 g/cm3然后再降低到7.76 g/cm3。

不同的Zn和Sn含量的鐵基結(jié)合劑樣品的硬度變化如圖2所示。

由圖2可知，隨著Sn含量的增加和Zn含量減少，樣品的硬度沒有明顯的變化規(guī)律，在Sn含量和Zn含量分別為2.5%和7.5%時(shí)達(dá)到最大，具體的數(shù)據(jù)為100、97、105、103和100。

金剛石工具在切削過(guò)程中，除了受力復(fù)雜，切削速度高之外 ，同時(shí)還有大量巖粉，碎屑沖刷和研磨樣品，因此要求胎體具有足夠的硬度以增加其抗磨損能力。從物理特性來(lái)講，雖然硬度和耐磨性是兩個(gè)概念，但對(duì)于粉末冶金材料來(lái)講，硬度和耐磨性成正比關(guān)系，也就是說(shuō)硬度越高，其耐磨性相對(duì)就越好。不同配方樣品在相同的條件下磨損量如表2所示。

由表2可以看出，在Sn含量和Zn含量分別為2.5%和7.5%時(shí)，磨損量最少。從密度和硬度的數(shù)據(jù)中可以知道，在Sn含量和Zn含量分別為2.5%和7.5%時(shí)，樣品的密度和硬度最高，所以磨損量最少其耐磨性相對(duì)較好。

4 結(jié)論

本文研究了在鐵基結(jié)合劑中加入不同含量的Zn和Sn對(duì)鐵基結(jié)合劑樣品的密度、硬度和耐磨性的影響。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：鐵基結(jié)合劑中加入Sn含量在2.5%左右，Zn含量在7.5%左右時(shí)，鐵基結(jié)合劑的硬度最高，耐磨性最好。

參考文獻(xiàn)

[1] Luciano J， Guerold S B， Marcello F. Processing and characterization

of impregnated diamond cutting tools using a ferrous metal matrix

[J]， Int. J. Refract. Met. H.， 2007， 25： 328–335.

[2] 王雙喜，劉雪敬，耿彪，耿林.金屬結(jié)合劑金剛石磨具的研究進(jìn)

展[J].金剛石與磨料磨具工程，2006，154 （4） ： 71.

[3] 肖長(zhǎng)江， 趙延軍，尚秋元.燒結(jié)工藝對(duì)鐵基結(jié)合劑金剛石樣品力

學(xué)性能的影響[J].硅酸鹽通報(bào)，2011，30（5） ： 1068.

摘 要：本文在鐵基結(jié)合劑中加入Zn和Sn含量分別為0%、2.5%、5%、7.5%、10%和10%、7.5%、5%、2.5%、0%；采用熱壓燒結(jié)制備出不同Zn和Sn含量的鐵基結(jié)合劑樣品，并對(duì)鐵基結(jié)合劑樣品的密度、硬度和耐磨性進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：鐵基結(jié)合劑中加入Sn含量在2.5%左右，Zn含量在7.5%左右時(shí)，鐵基結(jié)合劑的硬度最高，耐磨性最好。

關(guān)鍵詞： 鐵基結(jié)合劑；Zn-Sn；熱壓燒結(jié)；耐磨性

1 前言

金屬結(jié)合劑金剛石工具是目前應(yīng)用最廣泛的一種金剛石磨具，金屬結(jié)合劑工具采用青銅、鐵、鈷、鎳合金為主要結(jié)合材料，磨料把持強(qiáng)度相對(duì)較高，耐溫導(dǎo)熱性能好，耐用[1，2]。在金屬結(jié)合劑中，鐵基結(jié)合劑因具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉；與金剛石具有較好的潤(rùn)濕性和較大的附著功；有較好的可成形性和可燒結(jié)性；有較適宜的力學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。但由于Fe粉很容易氧化，降低了粉末表面活性，從而影響燒結(jié)過(guò)程的進(jìn)行，使實(shí)際燒結(jié)過(guò)程難以達(dá)到理想的燒結(jié)程度。此外，F(xiàn)e粉在高溫下會(huì)對(duì)金剛石產(chǎn)生較嚴(yán)重的化學(xué)侵蝕作用，嚴(yán)重影響結(jié)合劑對(duì)金剛石的有效把持，導(dǎo)致Fe基金剛石圓鋸片在鋸切過(guò)程中金剛石容易脫落，鋸片壽命短，從而阻礙了Fe基金剛石圓鋸片的廣泛使用，所以在鐵基結(jié)合劑中還常常摻入加Sn、Zn、Co 和WC等成分來(lái)改善鐵基結(jié)合劑的性能。

本文在鐵基結(jié)合劑中加入Zn和Sn含量分別為0%、2.5%、5%、7.5%、10%和10%、7.5%、5%、2.5%、0%，采用熱壓燒結(jié)制備出不同Zn和Sn含量的鐵基結(jié)合劑樣品，并對(duì)鐵基結(jié)合劑樣品的密度、硬度和耐磨性進(jìn)行了測(cè)試。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

本文采用的原材料為300目的Fe粉，還原Ni粉以及WC粉，200目的Cu粉、Sn粉和Zn粉，其具體的配方如表1 所示。在配方中，F(xiàn)e 、Ni、Cu粉和WC粉含量保持不變，改變Zn和Sn的含量，但它們總的含量保持為10%，共5個(gè)配方。按照配方稱好各種金屬粉末，在球磨機(jī)中混合均勻，然后裝入石墨模具中，試樣的尺寸為Φ7 mm ×10 mm。采用熱壓燒結(jié)的方法來(lái)燒結(jié)樣品，具體燒結(jié)工藝參數(shù)為燒結(jié)溫度為760℃，壓力為20MPa，保溫時(shí)間10min。[3]

采用阿基米德法來(lái)測(cè)試樣品的密度；硬度測(cè)試在HR- 50A 型洛氏硬度計(jì)上進(jìn)行；耐磨性的測(cè)試采用NMW-1立式萬(wàn)能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，磨損對(duì)象為白剛玉砂輪。實(shí)驗(yàn)前后試樣質(zhì)量變化即為磨損量。

3 結(jié)果與討論

對(duì)于相同成分的材料來(lái)說(shuō)，一般情況下，樣品的密度越高，樣品的耐磨性越好，所以先測(cè)量樣品的密度。不同配方的鐵基結(jié)合劑采用熱壓燒結(jié)后得到的密度如圖1所示。

由圖1 中可以看出，在鐵基結(jié)合劑中加入不同的Zn和Sn含量，隨著鐵基結(jié)合劑中Sn含量的增大，樣品的密度在一定范圍內(nèi)先增大，然后有降低的趨勢(shì)；當(dāng)含Sn量為2.5%左右，含Zn量為7.5%時(shí)，鐵基結(jié)合劑樣品的密度最高，具體密度值的變化從7.78 g/cm3升高到最大值8.07 g/cm3然后再降低到7.76 g/cm3。

不同的Zn和Sn含量的鐵基結(jié)合劑樣品的硬度變化如圖2所示。

由圖2可知，隨著Sn含量的增加和Zn含量減少，樣品的硬度沒有明顯的變化規(guī)律，在Sn含量和Zn含量分別為2.5%和7.5%時(shí)達(dá)到最大，具體的數(shù)據(jù)為100、97、105、103和100。

金剛石工具在切削過(guò)程中，除了受力復(fù)雜，切削速度高之外 ，同時(shí)還有大量巖粉，碎屑沖刷和研磨樣品，因此要求胎體具有足夠的硬度以增加其抗磨損能力。從物理特性來(lái)講，雖然硬度和耐磨性是兩個(gè)概念，但對(duì)于粉末冶金材料來(lái)講，硬度和耐磨性成正比關(guān)系，也就是說(shuō)硬度越高，其耐磨性相對(duì)就越好。不同配方樣品在相同的條件下磨損量如表2所示。

由表2可以看出，在Sn含量和Zn含量分別為2.5%和7.5%時(shí)，磨損量最少。從密度和硬度的數(shù)據(jù)中可以知道，在Sn含量和Zn含量分別為2.5%和7.5%時(shí)，樣品的密度和硬度最高，所以磨損量最少其耐磨性相對(duì)較好。

4 結(jié)論

本文研究了在鐵基結(jié)合劑中加入不同含量的Zn和Sn對(duì)鐵基結(jié)合劑樣品的密度、硬度和耐磨性的影響。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：鐵基結(jié)合劑中加入Sn含量在2.5%左右，Zn含量在7.5%左右時(shí)，鐵基結(jié)合劑的硬度最高，耐磨性最好。

參考文獻(xiàn)

[1] Luciano J， Guerold S B， Marcello F. Processing and characterization

of impregnated diamond cutting tools using a ferrous metal matrix

[J]， Int. J. Refract. Met. H.， 2007， 25： 328–335.

[2] 王雙喜，劉雪敬，耿彪，耿林.金屬結(jié)合劑金剛石磨具的研究進(jìn)

展[J].金剛石與磨料磨具工程，2006，154 （4） ： 71.

[3] 肖長(zhǎng)江， 趙延軍，尚秋元.燒結(jié)工藝對(duì)鐵基結(jié)合劑金剛石樣品力

學(xué)性能的影響[J].硅酸鹽通報(bào)，2011，30（5） ： 1068.

摘 要：本文在鐵基結(jié)合劑中加入Zn和Sn含量分別為0%、2.5%、5%、7.5%、10%和10%、7.5%、5%、2.5%、0%；采用熱壓燒結(jié)制備出不同Zn和Sn含量的鐵基結(jié)合劑樣品，并對(duì)鐵基結(jié)合劑樣品的密度、硬度和耐磨性進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：鐵基結(jié)合劑中加入Sn含量在2.5%左右，Zn含量在7.5%左右時(shí)，鐵基結(jié)合劑的硬度最高，耐磨性最好。

關(guān)鍵詞： 鐵基結(jié)合劑；Zn-Sn；熱壓燒結(jié)；耐磨性

1 前言

金屬結(jié)合劑金剛石工具是目前應(yīng)用最廣泛的一種金剛石磨具，金屬結(jié)合劑工具采用青銅、鐵、鈷、鎳合金為主要結(jié)合材料，磨料把持強(qiáng)度相對(duì)較高，耐溫導(dǎo)熱性能好，耐用[1，2]。在金屬結(jié)合劑中，鐵基結(jié)合劑因具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉；與金剛石具有較好的潤(rùn)濕性和較大的附著功；有較好的可成形性和可燒結(jié)性；有較適宜的力學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。但由于Fe粉很容易氧化，降低了粉末表面活性，從而影響燒結(jié)過(guò)程的進(jìn)行，使實(shí)際燒結(jié)過(guò)程難以達(dá)到理想的燒結(jié)程度。此外，F(xiàn)e粉在高溫下會(huì)對(duì)金剛石產(chǎn)生較嚴(yán)重的化學(xué)侵蝕作用，嚴(yán)重影響結(jié)合劑對(duì)金剛石的有效把持，導(dǎo)致Fe基金剛石圓鋸片在鋸切過(guò)程中金剛石容易脫落，鋸片壽命短，從而阻礙了Fe基金剛石圓鋸片的廣泛使用，所以在鐵基結(jié)合劑中還常常摻入加Sn、Zn、Co 和WC等成分來(lái)改善鐵基結(jié)合劑的性能。

本文在鐵基結(jié)合劑中加入Zn和Sn含量分別為0%、2.5%、5%、7.5%、10%和10%、7.5%、5%、2.5%、0%，采用熱壓燒結(jié)制備出不同Zn和Sn含量的鐵基結(jié)合劑樣品，并對(duì)鐵基結(jié)合劑樣品的密度、硬度和耐磨性進(jìn)行了測(cè)試。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

本文采用的原材料為300目的Fe粉，還原Ni粉以及WC粉，200目的Cu粉、Sn粉和Zn粉，其具體的配方如表1 所示。在配方中，F(xiàn)e 、Ni、Cu粉和WC粉含量保持不變，改變Zn和Sn的含量，但它們總的含量保持為10%，共5個(gè)配方。按照配方稱好各種金屬粉末，在球磨機(jī)中混合均勻，然后裝入石墨模具中，試樣的尺寸為Φ7 mm ×10 mm。采用熱壓燒結(jié)的方法來(lái)燒結(jié)樣品，具體燒結(jié)工藝參數(shù)為燒結(jié)溫度為760℃，壓力為20MPa，保溫時(shí)間10min。[3]

采用阿基米德法來(lái)測(cè)試樣品的密度；硬度測(cè)試在HR- 50A 型洛氏硬度計(jì)上進(jìn)行；耐磨性的測(cè)試采用NMW-1立式萬(wàn)能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，磨損對(duì)象為白剛玉砂輪。實(shí)驗(yàn)前后試樣質(zhì)量變化即為磨損量。

3 結(jié)果與討論

對(duì)于相同成分的材料來(lái)說(shuō)，一般情況下，樣品的密度越高，樣品的耐磨性越好，所以先測(cè)量樣品的密度。不同配方的鐵基結(jié)合劑采用熱壓燒結(jié)后得到的密度如圖1所示。

由圖1 中可以看出，在鐵基結(jié)合劑中加入不同的Zn和Sn含量，隨著鐵基結(jié)合劑中Sn含量的增大，樣品的密度在一定范圍內(nèi)先增大，然后有降低的趨勢(shì)；當(dāng)含Sn量為2.5%左右，含Zn量為7.5%時(shí)，鐵基結(jié)合劑樣品的密度最高，具體密度值的變化從7.78 g/cm3升高到最大值8.07 g/cm3然后再降低到7.76 g/cm3。

不同的Zn和Sn含量的鐵基結(jié)合劑樣品的硬度變化如圖2所示。

由圖2可知，隨著Sn含量的增加和Zn含量減少，樣品的硬度沒有明顯的變化規(guī)律，在Sn含量和Zn含量分別為2.5%和7.5%時(shí)達(dá)到最大，具體的數(shù)據(jù)為100、97、105、103和100。

金剛石工具在切削過(guò)程中，除了受力復(fù)雜，切削速度高之外 ，同時(shí)還有大量巖粉，碎屑沖刷和研磨樣品，因此要求胎體具有足夠的硬度以增加其抗磨損能力。從物理特性來(lái)講，雖然硬度和耐磨性是兩個(gè)概念，但對(duì)于粉末冶金材料來(lái)講，硬度和耐磨性成正比關(guān)系，也就是說(shuō)硬度越高，其耐磨性相對(duì)就越好。不同配方樣品在相同的條件下磨損量如表2所示。

由表2可以看出，在Sn含量和Zn含量分別為2.5%和7.5%時(shí)，磨損量最少。從密度和硬度的數(shù)據(jù)中可以知道，在Sn含量和Zn含量分別為2.5%和7.5%時(shí)，樣品的密度和硬度最高，所以磨損量最少其耐磨性相對(duì)較好。

4 結(jié)論

本文研究了在鐵基結(jié)合劑中加入不同含量的Zn和Sn對(duì)鐵基結(jié)合劑樣品的密度、硬度和耐磨性的影響。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：鐵基結(jié)合劑中加入Sn含量在2.5%左右，Zn含量在7.5%左右時(shí)，鐵基結(jié)合劑的硬度最高，耐磨性最好。

參考文獻(xiàn)

[1] Luciano J， Guerold S B， Marcello F. Processing and characterization

of impregnated diamond cutting tools using a ferrous metal matrix

[J]， Int. J. Refract. Met. H.， 2007， 25： 328–335.

[2] 王雙喜，劉雪敬，耿彪，耿林.金屬結(jié)合劑金剛石磨具的研究進(jìn)

展[J].金剛石與磨料磨具工程，2006，154 （4） ： 71.

[3] 肖長(zhǎng)江， 趙延軍，尚秋元.燒結(jié)工藝對(duì)鐵基結(jié)合劑金剛石樣品力

學(xué)性能的影響[J].硅酸鹽通報(bào)，2011，30（5） ： 1068.