ダイヤモンドソーブレードのバインダーにおけるさまざまな要素の役割

ダイヤモンドソーブレードは、ダイヤモンドセグメントをベース（鋼体）に溶接して作られます。ダイヤモンドセグメントは、高温高圧下で微細なダイヤモンド砥粒と金属粉末から作られます。ダイヤモンド セグメントと鋸刃の性能に影響を与える要因の 1 つは、ダイヤモンド セグメントの結合剤に含まれる金属元素です。

この記事は、ダイヤモンド工具の製造における 20 年以上の経験に基づいて、ダイヤモンド ソー ブレード セグメントの結合剤におけるさまざまな元素の役割を簡単に分析しています。

 

 

銅および銅-合金は、ダイヤモンド工具の金属結合剤として最も広く使用されている金属であり、電解銅粉末が最も一般的です。銅および銅-基合金は、焼結温度が低く、成形性と焼結性が良好で、他の元素との相互溶解性が良好です。銅はダイヤモンドをほとんど濡らしませんが、銅と特定の元素の合金により、ダイヤモンドに対する濡れ性が大幅に向上します。たとえば、Cr、Ti、W、V、Fe などの炭化物-形成元素の 1 つで作られた銅合金は、ダイヤモンドに対する銅合金の濡れ角を大幅に減少させることができます。銅は、ニッケル、コバルト、マンガン、錫、亜鉛とさまざまな固溶体を形成し、マトリックス金属を強化します。

 

 

 

錫は液体合金の表面張力を低下させ、ダイヤモンドに対する液体合金の濡れ角を小さくする効果がある元素です。ダイヤモンドに対するバインダー金属の濡れを改善し、合金の融点を下げ、プレス成形性を向上させる元素です。したがって、Sn はバインダーに広く使用されていますが、熱膨張係数が大きいため、その使用はある程度制限されています。

 

 

ダイヤモンド工具において、Zn と Sn は、融点が低く、変形しやすいなど、多くの類似点があります。ただし、Zn はダイヤモンドへの濡れ性を変える点で Sn ほど効果的ではありません。金属亜鉛は蒸気圧が高く蒸発しやすいため、亜鉛の使用量には注意が必要です。

 

 

 

アルミニウムは優れた軽金属であり、優れた脱酸剤です。 800 度では、Al のダイヤモンドに対する濡れ角は 75 度、1000 度では 10 度です。ダイヤモンド工具のバインダーにアルミニウム粉末を添加すると、マトリックス合金中に炭化物 Ti3AlC と金属間化合物 TiAl が形成されます。

 

 

鉄には結合剤として 2 つの役割があります。まず、ダイヤモンドとセメンタイト炭化物を形成します。第二に、他の元素と合金化してマトリックスを強化します。鉄は銅やアルミニウムよりもダイヤモンドに対する濡れ性に優れており、コバルトよりもダイヤモンドとの密着性が高い。さらに、Fe- ベースの合金に適切な量の炭素が溶解していることは、ダイヤモンドとの結合に有益です。つまり、Fe- ベースの合金によるダイヤモンドの適度なエッチングは、結合剤とダイヤモンドの間の結合力を増加させることができます。実際の生産では、鋸刃の破面には通常、滑らかで露出したダイヤモンドは見られず、むしろ合金の層がそれを覆っており、これは強化された結合力の現れです。

 

 

Co と Fe はどちらも同様の特性を持つ遷移元素です。特定の条件下では、Co はダイヤモンドとともに炭化物 Co2C を形成し、ダイヤモンドの表面を非常に薄いコバルトの膜で覆うことができます。このように、Co はダイヤモンドとの界面張力を低下させることができ、液相中でダイヤモンドとの接着力が強いため、優れた結合材料となります。

 

 

ニッケルは面心立方構造を持ち、優れた延性、靭性、耐酸化性を備えています。{0}銅と無限に混和します。ニッケルはオーステナイト化を促進する元素であり、- 相領域を拡大する可能性があります。炭素とは反応しにくく、高温焼結中にダイヤモンドとの界面反応はほとんど起こりません。-しかし、液体Niはカーボン繊維の表面にしっかりと付着し、非常に薄い膜を形成します。

 

ダイヤモンド工具バインダーにおいて、Niは必須元素です。 Cu- ベースの合金では、Ni を添加すると Cu との混和性が無限に高まり、母材合金が強化され、低融点金属の損失が抑制され、靭性と耐摩耗性が向上します。-- Fe- ベースの合金に Ni と Cu を添加すると、焼結温度を下げ、結合金属によるダイヤモンドの熱浸食を軽減できます。また、適切な比率の Fe と Ni を選択すると、ダイヤモンド上の Fe- ベースの結合剤の保持力を大幅に向上させることができます。

 

 

金属結合剤において、マンガンは鉄と同様の効果を持ちますが、浸透力と脱酸力が強く、酸化しやすいです。 Mnの添加量は一般に多くはなく、脱酸作用と基地強化作用を有する。

 

 

 

クロムは強力な炭化物形成元素です。-ダイヤモンド溝付き鋸刃のマトリックスでは、クロムが吸音の役割を果たすことができます。これは Cr の活性化エネルギーに関係しています。- Cu- ベースのマトリックスに少量の Cr を添加すると、ダイヤモンドに対する銅 - ベースの合金の濡れ角が減少し、銅 - ベースの合金とダイヤモンドの間の結合強度が向上します。

 

 

チタンは炭化物を形成する元素であり、酸化されやすく、還元が困難です。{0}酸素が存在すると、Ti は TiC よりも優先的に TiO を形成します。金属チタンは、高温下での強度低下が少なく、耐熱性、耐食性、高融点などの特性を備えた優れた構造材料です。研究により、ダイヤモンド鋸刃のマトリックスに適切な量のチタンを添加すると、鋸刃の耐用年数を向上させるのに有益であることが示されています。

 

 

タングステンは強力な炭化物形成要素であり、フレームワークの材料として使用できます。{0}焼結後、ダイヤモンド表面に一定量のタングステン粉末を堆積させると、ダイヤモンド表面に WC、W3Co3V、W4Co2C が形成されます。タングステンは、Cu、Co、Ni、Fe などの他のバインダー金属との適合性が良好です。

 

 

 

 

希土類元素は合金の融点を効果的に下げることができます。 La と Ce は強力な脱酸、脱硫、脱アンモニア効果があり、界面での酸化物、硫化物、窒化物の偏析を抑制します。材料の曲げ強度を向上させることができます。高-Coまたは純粋なCoマトリックスでは、希土類元素であるCeの添加はマトリックスの機械的特性を改善するのに有益であり、青銅-ベースのマトリックスに少量のCe（約0.12重量％）を添加すると良好な結果が得られます。

 

 

 

シリコンはダイヤモンドに近い線膨張係数を持ち、他の金属よりも低い。加熱および冷却中に体積効果が小さくなります。シリコンはダイヤモンドとの相性が良いです。シリコンは合金の融点を下げることができ、強力な脱酸能力を持っています。

Quanzhou Huice Company は、ダイヤモンド工具の生産、製造、研究開発において 20 年以上の経験があり、さまざまなダイヤモンド工具の製造を専門としています。

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