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       金刚石圆锯片是由金刚石磨粒与金属胎体经过烧结而成的。金刚石磨粒依靠金属胎体把它固着在胎体中进行锯切。胎体本身的机械性能及其对金刚石的固位把持能力将直接决定金刚石锯片的使用性能及成本构成。
       胎体对金刚石的把持力有三种：机械镶嵌力、物理吸附力和化学结合力。在这三种力中，物理吸附力很小，可以忽略不计，机械镶嵌力的大小取决于胎体的空隙率及胎体的强度和硬度，化学结合力最强。
       由于具有共价键结构的金刚石与一般的金属之间有很高的界面能，因此，一般金属胎体与金刚石磨料之间较难形成化学结合，而是以机械镶嵌作用为主，其结果是胎体对金刚石没有足够的把持力，使用过程中金刚石磨粒容易脱落、流失，不但缩短了金刚石工具的使用寿命，而且影响加工效率。提高胎体对金刚石把持力的关键在于改善胎体和金刚石的界面结合状态，使胎体和金刚石之间形成强力键合。改善界面结合状态的措施概括起来主要有添加强碳化物形成元素、金刚石表面金属化以及添加稀土元素等三大类。这方面已取得了一些研究成果。

       一、碳化物形成元素

       至今为止，关于强碳化物形成元素Cr、Ti、W及其合金的研究和应用主要在铜基、钴基、铁基中进行。研究结果表明：不同的碳化物形成元素及其不同的含量对同一种胎体材料性能的影响是不一样的。同样地，同一种碳化物形成元素对不同胎体材料性能的影响也有很大的差异。
       研究表明，在铁基中加入Ti会明显改善金刚石的润湿性，对金刚石产生物理吸附力和化学吸附力，从而有效地增强胎体对金刚石的粘结强度。有报道指出：在铁基中加入少量的钛所制成的刀头，金刚石出刃高度较高，耐磨性有明显提高。

       二、金刚石表面金属化

       金刚石表面金属化就是在金刚石表面镀一层与金刚石表面结合牢固的金属碳化物层，使金刚石表面具有可焊性、可烧结性及导电性等金属特性。其原理是建立在金刚石表面与强碳化物形成元素在合适的工艺条件下将产生强烈的界面反应生成碳化物层的基础上。

       按照金刚石表面金属化的模型，金刚石表面的镀层有三层，即碳化物层、合金层和镀覆金属层。镀覆的金属及合金主要有W、Cr、Nb-Ti、Mo、TiN、NiWB等。金刚石表面金属化的方法有多种，如化学镀和电镀、真空物理气相沉积（PVD）和真空化学气相沉积（CVD）、粉末覆盖烧结等。目前使用较为普遍的镀覆方法是真空物理气相沉积（PVD）和真空化学气相烧结（CVD）以及真空微蒸发镀覆技术等。

       三、稀土微量元素的应用

       在金属胎体中添加微量的稀土元素是增强胎体对金刚石把持力的另一种有效措施。稀土元素及其化合物具有一系列独特的物理和化学性能，在钢铁、有色金属、硬质合金及陶瓷材料中得到广泛的应用。有关报道表明，添加微量的稀土元素对改善金属胎体的机械性能及对增加金刚石的把持力有很大的作用，能大大提高金刚石圆锯片的使用寿命。

       相关文献中指出，在钴基胎体中加入Cu-Ce合金粉，抗弯强度随Ce含量的增加而增加，在Cu基中加入少量的LaNi5合金粉也有相似的作用。在铁基中加入稀土，节块金刚石的出刃高度和抗弯强度有较大的提高，做成的锯片在锯切不同石材时的抗弯强度、冲击韧性、锯切寿命均有提高。可见，把稀土元素作为金刚石工具中金属胎体的改性剂是一种有效的方法。
现将已有的有关稀土元素在金属胎体/金刚石复合材料中的作用机理，总结为如下几点：
       （1）稀土元素可与胎体中的氧和硫等杂质发生反应，改善夹杂物分布状态，并对金属胎体产生固溶强化；
       （2）稀土元素可在烧结过程中还原金属表面的氧化物，降低氧化膜对原子扩散的障碍，加速原子扩散，并可提高金属的粘结流动性；促进烧结过程，起到活化烧结的作用；
       （3）稀土元素对金属氧化物的还原作用可以改善粉末与金刚石颗粒间的润湿性；
       （4）稀土元素与金刚石表面的氧等杂质反应，可净化金刚石表面，提高金刚石的表面活性，促进胎体中碳化物形成元素与金刚石之间的反应，改善金属胎体和金刚石的粘结状况；
       （5）稀土元素形成的高熔点化合物能对晶界起到钉扎作用，阻止晶粒的长大，有利于细化晶粒。

       节选自《金属基金刚石复合材料的粉末冶金烧结工艺》刘晓慧