TiH2的加入對(duì)Cu3Sn金屬間化合物金剛石砂輪磨削性能的影響

摘要 為進(jìn)一步提升Cu3Sn金屬間化合物金剛石砂輪的鋒利度和保形性，制備不同TiH2加入量的Cu3Sn金屬間化合物球磨粉末、金剛石磨塊及砂輪。通過對(duì)微觀形貌、氧含量、物相組成、熱效應(yīng)、力學(xué)性能等進(jìn)行測試和分析，探究TiH2對(duì)Cu3Sn金屬間化合物金剛石砂輪磨削性能的影響。研究結(jié)果表明：TiH2對(duì)Cu3Sn球磨粉末有抑制增氧的作用，促進(jìn)粉末燒結(jié)。當(dāng)TiH2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%時(shí)，氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.67%降低到最小值0.51%。TiH2能夠提高胎體對(duì)金剛石的把持力，可提高試樣的抗彎強(qiáng)度和硬度：當(dāng)TiH2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%時(shí)，抗彎強(qiáng)度達(dá)到最大值80.74 MPa；當(dāng)TiH2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%時(shí)，洛氏硬度達(dá)到最大值109.88 HRB；當(dāng)TiH2的加入量繼續(xù)增大時(shí)，抗彎強(qiáng)度和硬度反而下降。TiH2可提升砂輪的磨削性能，磨削YG8硬質(zhì)合金時(shí)，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%的TiH2使金剛石砂輪最快進(jìn)給速率從0.020 mm/次提升到0.035 mm/次，磨削比從51.09提升到最大值172.03。

關(guān)鍵詞 TiH2；金屬間化合物；力學(xué)性能；磨削比

中圖分類號(hào) TG74 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

文章編號(hào) 1006-852X（2025）01-0012-09

硬質(zhì)合金是一種以碳化鎢（WC）為主要成分，以鈷（Co）為黏結(jié)劑，通過粉末冶金工藝制成的合金材料。硬質(zhì)合金具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蝕性和良好的耐高溫性能，被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、航天、電子、汽車等領(lǐng)域[1-3]，用于制備切削工具、鉆削工具、模具和結(jié)構(gòu)零件等[4]。較高的硬度是硬質(zhì)合金在應(yīng)用上的優(yōu)勢，但也使其加工難度變大。因此，對(duì)于硬質(zhì)合金的磨削加工，需要使用硬度更大的金剛石作為磨料。金屬結(jié)合劑金剛石砂輪具有結(jié)合強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性好、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，但其自銳性較差，導(dǎo)致加工時(shí)磨削阻力較大，可能造成工件燒傷[5-6]。陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的鋒利度高、磨削溫度低、剛性好，但陶瓷結(jié)合劑對(duì)金剛石的把持力較低，使其保形性不足，砂輪消耗較快[7-8]。金屬間化合物同時(shí)含有金屬鍵和共價(jià)鍵，兼具金屬和陶瓷的特點(diǎn)，可以通過調(diào)整其成分配比使金剛石砂輪具有合適的鋒利度和保形性，已有部分報(bào)道[9-10]將其作為結(jié)合劑制備金剛石砂輪。

隨著企業(yè)對(duì)降本增效的要求日益增長，金剛石砂輪需要具有更長的使用壽命和更高的加工效率。盡管金屬間化合物結(jié)合劑金剛石砂輪的綜合性能優(yōu)于傳統(tǒng)金屬或陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，但其在加工硬質(zhì)合金時(shí)，仍可能出現(xiàn)鋒利度或保形性不足的問題。關(guān)于如何進(jìn)一步提高金屬間化合物結(jié)合劑金剛石砂輪的磨削性能，相關(guān)研究較少。TiH2是一種灰色粉末，屬于金屬氫化物，脆性較大易破碎，化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定。TiH2在材料制備中的應(yīng)用較廣，例如可作為發(fā)泡劑用于粉末冶金法和熔體發(fā)泡法制備泡沫鋁[11]；作為低成本的原料用于制備鈦基復(fù)合材料[12]；作為造孔劑加入CuZn金屬結(jié)合劑中，以提升結(jié)合劑的力學(xué)性能，并且利用其反應(yīng)產(chǎn)生H2造孔，利用生成的TiC提升金剛石磨具加工Y316硬質(zhì)合金的磨削性能[13]。上述作用的原理是當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí)，TiH2會(huì)分解生成TiHx，后者繼續(xù)分解生成Ti，并釋放H2[14-15]。

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)將不同含量的TiH2加入Cu3Sn金屬間化合物中并進(jìn)行球磨處理，得到Cu3Sn/TiH2球磨粉末，并將其作為結(jié)合劑用于制備金剛石磨塊及砂輪。在燒結(jié)過程中，TiH2分解產(chǎn)生的Ti與金剛石發(fā)生反應(yīng)生成TiC，建立結(jié)合劑與金剛石之間的化學(xué)結(jié)合，以此提升結(jié)合劑對(duì)金剛石的把持力，提升砂輪的保形性。同時(shí)，更強(qiáng)的把持力可使金剛石有更大的出刃高度，從而提高砂輪的鋒利度。本實(shí)驗(yàn)研究了TiH2的加入對(duì)球磨粉末和金剛石磨塊性能的影響；使用制備的金剛石砂輪磨削硬質(zhì)合金，進(jìn)一步分析了TiH2的加入對(duì)金剛石砂輪鋒利度和保形性的影響及其機(jī)理。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1試劑與儀器

表1為本實(shí)驗(yàn)使用的主要試劑，表2為本實(shí)驗(yàn)使用的主要儀器。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 Cu3Sn/TiH2球磨粉末制備

按照表3所示的原料比例分別稱取Cu3Sn和TiH2，以5∶1的球料比稱取硬質(zhì)合金磨球，加入球磨罐中；向其中緩慢加入無水乙醇，待粉末內(nèi)氣體逸出，保持液面距離罐體上邊緣1 cm；將球磨罐安裝在行星式球磨機(jī)上，設(shè)置轉(zhuǎn)速為200 r/min、球磨時(shí)間為12 h；取出混合粉末，置于電熱恒溫烘箱中，在50℃下烘干至乙醇揮發(fā)完全；將得到的粉末過150目篩（孔徑約106μm），取少量樣品用于表征，余下稱重備用。

1.2.2結(jié)合劑原料配制

稱取上一步得到的球磨粉末，按照表3所示比例計(jì)算所需石墨和金剛石的質(zhì)量。稱取石墨加入Cu3Sn/TiH2球磨粉末，過150目篩以使粉末混合分散均勻，最后加入金剛石。將配制好的原料置于瓶中，并固定在三維混料機(jī)上，混合4h后取出備用。

1.2.3金剛石磨塊及砂輪制備

稱取10 g上述混合原料粉末裝入模具中，使用四柱液壓機(jī)在200 MPa壓力下冷壓10 s。隨后將其放入馬弗爐中燒結(jié)，溫度為520℃，時(shí)間為80 min，氣氛為N2。燒結(jié)后快速取出進(jìn)行熱壓，壓力與冷壓一致，時(shí)間為2 min。熱壓完成后，脫模取出金剛石磨塊，在空氣中冷卻至室溫。金剛石磨塊的尺寸為25 mm×10 mm×10 mm，研磨拋光后用于測試表征。

稱取450 g原料粉末裝入模具中，制備方法及其他參數(shù)與制備金剛石磨塊時(shí)相同，得到尺寸為φ200 mm×10 mm×10 mm的砂輪環(huán)。對(duì)其進(jìn)行平磨處理，以除去表面的氧化層。根據(jù)其尺寸加工基體，用膠黏劑將砂輪環(huán)固定在基體上。然后經(jīng)粗車、平磨、精車、外圓磨等工序，得到砂輪成品。通過動(dòng)平衡和回轉(zhuǎn)測試后，可用于磨削實(shí)驗(yàn)。

1.2.4材料表征與力學(xué)性能測試

使用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察粉末的形貌。使用激光粒度分布儀檢測粉末的粒度分布，表征球磨的作用效果。使用X射線衍射儀（XRD）分析粉末的物相組成，靶材為Cu，掃描范圍為10°～80°，掃描速度為5°/min。使用氧氮?dú)浞治鰞x檢測粉末的氧含量。利用同步熱分析儀（STA）測試得到球磨粉末的差示掃描量熱法（DSC）曲線，判斷燒結(jié)過程中的物相變化，測試氣氛為Ar，升溫速率為10℃/min，溫度范圍為30～700℃。使用萬能試驗(yàn)機(jī)，根據(jù)三點(diǎn)彎曲法對(duì)金剛石磨塊進(jìn)行抗彎強(qiáng)度測試。利用數(shù)顯洛氏硬度計(jì)測試金剛石磨塊的洛氏硬度，總試驗(yàn)力為980 N，壓頭類型為鋼球。利用傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR）分析金剛石表面的化學(xué)狀態(tài)，儀器功率為100 W，測試范圍為400～4 000 cm?1。利用三維超景深顯微鏡觀察并記錄金剛石磨塊的斷面形貌，統(tǒng)計(jì)單位面積上的金剛石數(shù)量。

1.2.5磨削性能測試

使用制備的砂輪在臥軸矩臺(tái)平面磨床上進(jìn)行磨削性能測試，砂輪轉(zhuǎn)速為3 000 r/min。先用SiC陶瓷砂輪開刃，使砂輪工作面的金剛石有合適的出露高度。粗磨單次進(jìn)給量設(shè)置為0.02 mm，共100次；精磨單次進(jìn)給量設(shè)置為0.01 mm，共5次。

首先，測試最快進(jìn)給速率。使用硬質(zhì)合金（牌號(hào)：YG8，尺寸：100 mm×50 mm×10 mm）作為加工工件，設(shè)置粗磨單次進(jìn)給量為0.020 mm，共20次；精磨單次進(jìn)給量為0.005 mm，共5次。若加工時(shí)磨削力適中且聲音正常，則通過測試。增大粗磨單次進(jìn)給量為0.025 mm，保持其他參數(shù)相同，再次進(jìn)行測試。若通過，繼續(xù)增大粗磨單次進(jìn)給量進(jìn)行測試。記錄磨削聲音變大或出現(xiàn)火花時(shí)的粗磨單次進(jìn)給量，即為最快進(jìn)給速率。

其次，測試磨削比。設(shè)置粗磨單次進(jìn)給量為0.015 mm，共132次；精磨單次進(jìn)給量為0.005 mm，共4次，總進(jìn)給量為2 mm。分別記錄硬質(zhì)合金板材磨削前后的厚度，計(jì)算其變化值，測量硬質(zhì)合金被磨削面的表面光潔度。根據(jù)砂輪以及硬質(zhì)合金的尺寸參數(shù)，計(jì)算得到各自在磨削過程中體積的變化量，磨削比G和磨耗比Φ的計(jì)算公式為：

式中：V1為硬質(zhì)合金體積變化值，V2為砂輪體積變化值。

2結(jié)果與討論

2.1 TiH2的加入對(duì)Cu3Sn球磨粉末的影響

球磨后Cu3Sn+1.5%TiH2的微觀形貌如圖1所示，粉末大部分為不規(guī)則的碎片狀，有一定程度的團(tuán)聚現(xiàn)象。

圖2所示為加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)TiH2的Cu3Sn結(jié)合劑粉末球磨后的粒徑（D50）。由圖2可知，Cu3Sn結(jié)合劑粉末粒徑由球磨之前的9.394μm下降到3.156～3.433μm。在球磨過程中，Cu3Sn顆粒與硬質(zhì)合金小球、筒壁之間發(fā)生碰撞沖擊和研磨，使前者發(fā)生塑性變形，進(jìn)而破碎和細(xì)化。

圖3為本實(shí)驗(yàn)所用TiH2粉末單獨(dú)球磨前后的XRD圖譜，可見其主要成分為TiH1.924。球磨處理12h后，粉末的物相組成沒有明顯變化，而衍射峰強(qiáng)度下降，同時(shí)有寬化現(xiàn)象。這是由于球磨過程中，TiH2在磨球的碰撞沖擊下，晶粒細(xì)化、晶格發(fā)生畸變[15-16]。

在球磨過程中，隨著顆粒的細(xì)化，粉末比表面積逐漸增大、表面能逐漸增大，所以粉末的吸附能力變強(qiáng)，反應(yīng)活性變高。作為球磨介質(zhì)的無水乙醇以及球磨罐內(nèi)的空氣都可能作為氧的來源，與Cu3Sn粉末反應(yīng)使其發(fā)生氧化，導(dǎo)致氧含量升高。然而，對(duì)于粉末冶金法制備的金屬結(jié)合劑金剛石砂輪，粉末氧含量的增加會(huì)影響燒結(jié)過程中的致密化，降低砂輪的力學(xué)性能[17]，影響其磨削性能。

圖4所示為加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)TiH2的Cu3Sn以及純TiH2粉末球磨后的氧含量。由圖4可知：Cu3Sn單獨(dú)球磨后，氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.25%增大到0.67%；TiH2單獨(dú)球磨后，氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.49%增大到3.56%；對(duì)于Cu3Sn/TiH2混合粉末，隨著TiH2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0增大到2.5%，混合粉末的氧含量遞減，當(dāng)加入TiH2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%時(shí)，氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到最小值0.51%。

Cu3Sn/TiH2混合粉末在球磨時(shí)，TiH2粉末顆粒也不斷細(xì)化，比表面積增大，本身反應(yīng)活性增強(qiáng)；同時(shí)，在球磨產(chǎn)生的高溫和碰撞下，部分TiH2分解產(chǎn)生活性[Ti]以及析出H2，上述物質(zhì)和O元素可能有2種作用方式：一是與混合體系中預(yù)先存在的氧化物以及乙醇反應(yīng)，二是直接與粉末間隙中的O2分子反應(yīng)。TiH2比Cu3Sn更活潑，所以先與氧反應(yīng)，消耗一部分氧從而抑制Cu3Sn的氧化。2種作用方式都減小了體系的氧含量，起到了防止增氧的作用，有利于后續(xù)的粉末燒結(jié)。

對(duì)本實(shí)驗(yàn)所用Cu3Sn/TiH2混合球磨粉末在Ar氣氛中進(jìn)行DSC分析。如圖5所示，TiH2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%和2.5%的樣品在474.5～517.8℃范圍內(nèi)均有1個(gè)吸熱峰，而純Cu3Sn樣品未見此峰，對(duì)比純TiH2球磨后的DSC曲線，該吸熱峰對(duì)應(yīng)TiH2的分解反應(yīng)[15]。

2.2 TiH2的加入對(duì)Cu3Sn金剛石磨塊性能的影響

抗彎強(qiáng)度和硬度通常被用于衡量磨具的力學(xué)性能，TiH2對(duì)金剛石磨塊抗彎強(qiáng)度和洛氏硬度的影響如圖6所示。圖6a顯示了TiH2對(duì)金剛石磨塊抗彎強(qiáng)度的影響。未加入TiH2時(shí)，其抗彎強(qiáng)度為78.30 MPa。當(dāng)TiH2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí)，抗彎強(qiáng)度降低至74.69 MPa。隨著加入量的增大（0.5%～1.5%），抗彎強(qiáng)度開始逐步升高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%時(shí)有最高值80.74 MPa。加入量繼續(xù)增大（1.5%～2.5%），抗彎強(qiáng)度又出現(xiàn)下降趨勢。如圖6b所示，金剛石磨塊的洛氏硬度隨TiH2加入量的增大呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。未加入TiH2時(shí)，洛氏硬度為108.23 HRB，然后隨TiH2加入量增大而升高。當(dāng)TiH2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%時(shí)，達(dá)到最高值為109.88 HRB。繼續(xù)增大加入量，洛氏硬度反而下降。

為探究TiH2的加入導(dǎo)致抗彎強(qiáng)度和洛氏硬度變化的機(jī)理，進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)。

分別將加入2.5%TiH2以及未加入TiH2制備的金剛石磨塊用王水（V濃硝酸∶V濃鹽酸=3∶1）處理，以去除結(jié)合劑，測試金剛石的紅外光譜，結(jié)果如圖7所示。對(duì)于加入2.5%TiH2的樣品，在2 917 cm?1和2 849 cm?1處可見TiC的吸收峰，而對(duì)照樣品在此波數(shù)未見吸收峰。說明加入了TiH2的樣品在燒結(jié)過程中，金剛石表面反應(yīng)生成了TiC。

使用三維超景深顯微鏡觀察加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)TiH2的金剛石磨塊斷面，分別統(tǒng)計(jì)每個(gè)磨塊左右兩面單位面積的金剛石數(shù)量，得到結(jié)果如圖8所示。斷面上的金剛石數(shù)量與結(jié)合劑對(duì)金剛石的把持力以及胎體強(qiáng)度有關(guān)。TiH2質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低（0.5%～1.0%）時(shí)，單位面積金剛石數(shù)量隨TiH2含量增大而減小，可能與胎體強(qiáng)度下降有關(guān)，斷裂時(shí)金剛石隨胎體同時(shí)脫落。當(dāng)TiH2質(zhì)量分?jǐn)?shù)gt;1.0%時(shí)，單位面積金剛石數(shù)量隨TiH2加入量的增大而增大，說明結(jié)合劑對(duì)金剛石把持力逐漸增強(qiáng)。

圖9是金剛石磨塊斷口的SEM圖像。相較于未加入TiH2的對(duì)照樣品（圖9a），球磨加入1.0%TiH2后制備的樣品（圖9b）胎體存在更多孔隙，可能是因?yàn)門iH2分解產(chǎn)生了氣體，以及高熔點(diǎn)的Ti阻礙了Cu-Sn的擴(kuò)散，對(duì)胎體的燒結(jié)致密化有一定影響。

綜合上述表征結(jié)果，可以推測TiH2的加入影響金剛石磨塊抗彎強(qiáng)度和硬度的機(jī)理如下。

根據(jù)文獻(xiàn)[14]報(bào)道和2.1給出的DSC曲線（圖5），TiH2在燒結(jié)過程中可分解產(chǎn)生高活性[Ti]和H2。一方面，Ti除了對(duì)金屬胎體產(chǎn)生固溶強(qiáng)化以外，作為強(qiáng)碳化物形成元素，其可與金剛石表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成TiC，使結(jié)合劑與金剛石之間形成化學(xué)結(jié)合，提高了結(jié)合劑對(duì)金剛石的把持力，使抗彎強(qiáng)度和硬度升高。另一方面，TiH2分解析出H2后形成孔隙，以及高熔點(diǎn)組分對(duì)Cu-Sn擴(kuò)散的抑制，增大了金剛石磨塊的氣孔率，使胎體強(qiáng)度有所下降。

磨具的抗彎強(qiáng)度同時(shí)受結(jié)合劑?金剛石結(jié)合強(qiáng)度和胎體自身強(qiáng)度影響，而硬度主要與結(jié)合劑對(duì)金剛石的把持力有關(guān)。由于金剛石對(duì)Cu3Sn結(jié)合劑是化學(xué)惰性的，對(duì)于純Cu3Sn結(jié)合劑磨塊，金剛石與結(jié)合劑之間沒有化學(xué)結(jié)合，其結(jié)合作用只有機(jī)械把持力，因此抗彎強(qiáng)度和硬度較低。（1）當(dāng)TiH2加入量較?。?.5%）時(shí)，結(jié)合劑與金剛石形成的化學(xué)結(jié)合強(qiáng)度較弱，提升結(jié)合劑對(duì)金剛石的把持力的效果較小，硬度有較小幅度提升。此時(shí)，TiH2分解增大氣孔率使胎體強(qiáng)度降低作為主導(dǎo)因素，綜合表現(xiàn)為抗彎強(qiáng)度下降。（2）當(dāng)TiH2加入量增大（1.0%）時(shí)，結(jié)合劑與金剛石界面上生成TiC的濃度增大，使兩者之間的結(jié)合強(qiáng)度逐步提高，一定程度上抵消了胎體強(qiáng)度下降的影響，表現(xiàn)為抗彎強(qiáng)度恢復(fù)到與純Cu3Sn結(jié)合劑磨塊大致持平，硬度則繼續(xù)上升。（3）隨著TiH2加入量繼續(xù)增大（1.5%），結(jié)合劑與金剛石之間充分形成化學(xué)結(jié)合，把持力提升的效果大于胎體強(qiáng)度下降的影響，此時(shí)抗彎強(qiáng)度最高，硬度繼續(xù)上升。（4）當(dāng)TiH2加入量繼續(xù)增大（2.0%）時(shí)，雖然結(jié)合劑與金剛石的化學(xué)結(jié)合有增強(qiáng)，硬度達(dá)到最大值，但金剛石磨塊的氣孔繼續(xù)增多，胎體強(qiáng)度下降作為主導(dǎo)因素，降低了抗彎強(qiáng)度。

2.3 TiH2的加入對(duì)Cu3Sn金剛石砂輪磨削性能的影響

在磨削加工中，砂輪的進(jìn)給速率常被用于表征砂輪的鋒利度。其他條件相同時(shí)，進(jìn)給速率越大，表明砂輪越鋒利。表4所示為加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)TiH2制備的Cu3Sn金剛石砂輪加工YG8硬質(zhì)合金的磨削數(shù)據(jù)。TiH2的加入使砂輪的最快進(jìn)給速率均有提升，最快為0.040 mm/次，相比對(duì)照樣品（0.020 mm/次）增幅達(dá)到100%，說明其顯著提升了砂輪的鋒利度。根據(jù)2.2所述，Ti作為強(qiáng)碳化物形成元素，與金剛石表面C原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成TiC。結(jié)合劑與金剛石之間形成的化學(xué)結(jié)合，提高了結(jié)合劑對(duì)金剛石的把持力，進(jìn)而提升了磨削過程中金剛石的出刃高度，使金剛石切入工件更深，磨削效率更高，因此提升了最快進(jìn)給速率。此外，TiH2的加入還提升了YG8硬質(zhì)合金加工后的表面質(zhì)量，表面粗糙度Ra從0.07～0.11μm減小到0.05～0.09μm。

為探究TiH2的加入對(duì)砂輪保形性的影響，根據(jù)記錄的砂輪及硬質(zhì)合金體積消耗量，由式（1）、式（2）計(jì)算得到磨削比和磨耗比，以衡量砂輪保形性。如圖10所示，未加入TiH2的砂輪磨削比為51.09；隨著TiH2加入量的增大，磨削比先稍有降低，然后明顯升高，最后又降低。TiH2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%時(shí)，磨削比最大值為172.03，是未加入TiH2的砂輪磨削比的3.37倍，砂輪的保形性最好。

產(chǎn)生這種現(xiàn)象是由于砂輪的保形性同時(shí)受到結(jié)合劑對(duì)金剛石把持力和胎體強(qiáng)度的影響。如2.2所述，少量加入TiH2時(shí)，胎體強(qiáng)度降低使得砂輪損耗量更多，磨削比下降。隨著TiH2加入量逐漸增大，結(jié)合劑對(duì)金剛石把持力顯著提升，避免了金剛石過早脫落，提高了工作面上金剛石的利用率，減慢了金剛石的消耗速率，使得磨削比升高。當(dāng)TiH2加入量繼續(xù)增大，胎體強(qiáng)度明顯下降，磨削比隨之下降。上述結(jié)果表明，加入適量TiH2有利于提升金剛石砂輪加工硬質(zhì)合金時(shí)的鋒利度和保形性。

3結(jié)論

（1）TiH2的加入對(duì)Cu3Sn球磨粉末有抑制增氧的作用，可促進(jìn)粉末燒結(jié)。當(dāng)TiH2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%時(shí)，氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.67%降低到最小值0.51%。

（2）TiH2的加入使金剛石與胎體之間形成Ti?C鍵，提高了結(jié)合劑對(duì)金剛石的把持力，可提高其抗彎強(qiáng)度和硬度；加入量較多時(shí)，抗彎強(qiáng)度和硬度反而下降。當(dāng)TiH2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%時(shí)，抗彎強(qiáng)度達(dá)到最大值80.74 MPa；當(dāng)TiH2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%時(shí)，洛氏硬度達(dá)到最大值109.88 HRB。

（3）TiH2的加入可提升砂輪的磨削性能，即同時(shí)提升鋒利度和保形性。磨削YG8硬質(zhì)合金時(shí)，加入2.0%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的TiH2可使砂輪的最快進(jìn)給速率從0.020 mm/次提升到0.035 mm/次。磨削比從51.09提升到最大值172.03。

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作者簡介

通信作者：賀躍輝，男，1963年生，博士，教授。主要研究方向：金屬間化合物、超硬材料和粉末冶金高速鋼等。E-mail：yuehui@csu.edu.cn

（編輯：王潔）

Effect of TiH2 addition on grinding performance of Cu3Sn intermetalliccompound diamond wheels

HE Keqiao，CHEN Shuaipeng，KANG Xiyue，HE Yuehui

（State Key Laboratory of Powder Metallurgy，Central South University，Changsha 410083，China）

Abstract Objectives：With the development of the modern manufacturing industry，the requirements for material ma-chining accuracy and surface quality are increases continuously.For the precision grinding of high hardness and high wear-resistant materials，superhard material grinding wheels are required to possess high processing efficiency and dur-ability.Intermetallic compound bond diamond grinding wheels have the wear resistance of metal grinding wheels and the self-sharpness of ceramic grinding wheels simultaneously，but they still lacks of sharpness or shape retention when machining hard and brittle materials at high loads and high speeds.To improve the sharpness and shape retention of Cu3Sn intermetallic compound diamond grinding wheels，this study investigates the addition of TiH2.Cu3Sn ball-milling powders，diamond grinding blocks，and grinding wheels with different TiH2 additions are prepared.Methods：The ef-fects of TiH2 addition on the grinding performance of Cu3Sn intermetallic diamond grinding wheels are investigated us-ing testing and analyzing the micro-morphology，oxygen content，physical phase composition，thermal effect，and mech-anical properties.Results：（1）TiH2 was added to the Cu3Sn intermetallic compound bond，and the mixture is ball milled together.TiH2 inhibits the increase in oxygen content，which improves the properties of the ball-milled bond powder and facilitated the sintering process.When TiH2 is added with a mass fraction of 2.0%，the oxygen content is reduced from 0.67%to a minimum value of 0.51%.（2）TiH2 decomposes into Ti and H2 during the sintering process，and Ti could re-act with the C atoms on the surface of the diamond to form a Ti?C bond.This chemical bonding between the metal"bond and diamonds could increased the bonding strength.TiH2 could improve the mechanical properties of diamond grinding blocks，but a larger amount of TiH2 increased the pores in the metal bond，which reduced its strength.When TiH2 mass fraction is 1.5%，the flexural strength reaches the maximum value of 80.74 MPa，and the addition of 2.0%TiH2 increased the Rockwell hardness to reaches a maximum value of 109.88 HRB.（3）Adding of an appropriate amount of TiH2 forms a chemical metallurgical bond between diamonds and the bonding agent，which strengthens the holding force of the bonding agent to the diamonds，increases the protrusion height and chip space on the working sur-face，and improves the sharpness of the grinding wheel.At the same time，it can avoid the premature shedding of dia-monds，reducing the consumption of the working layer and improving the shape retention of the grinding wheel.The grinding wheels prepared by adding a certain amount of TiH2 prior to the ball milling treatment of Cu3Sn bond powder exhibited better grinding performance.Both sharpness and shape retention are enhanced.When grinding YG8 cemented carbide，the addition of 2.0%TiH2 enhanced the fastest feed rate of the grinding wheel from 0.020 mm/feed to 0.035 mm/feed.Meanwhile，the grinding ratio of the wheel reached a maximum value of 172.03，which is enhanced by 237%compared with the specimen without TiH2 addition.Conclusions：In this paper，TiH2 is added to Cu3Sn inter-metallic compounds by ball milling，and the oxygen content of the bond powder is reduced.At the same time，the carbide-formation element Ti reacts with the diamond to form a chemical metallurgical bond，which improves the bond-ing strength between the diamond and the bonding agent.This results in improved grinding performance of the diamond wheel and provides a reference for the design and development of diamond grinding wheels with high sharpness and high conformal retention.

Key words TiH2；intermetallic compounds；mechanical properties；grinding ratio