行 业 动 态

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钎焊金刚石工具的磨损与失效机制

　　

　 　1. 不同钎焊金刚石磨粒的失效机制

　 　对单晶剪切实验而言，主要测定的是焊后单晶 / 钎料的结合强度，结 果 都 是 钎 料 层 断， 断 裂 强 度 的顺 序 是 CuSnTi 钎 料 >AgCuCr 钎 料>AgCuTi 钎 料 >CuSnCr 钎 料 ; 对 钎料本身的力学性能而言，钎料合金本身的力学性能 ( 包括硬度、抗剪强度 )，顺序是 NiCrBSi 钎科 >NiCrP钎 料 >CuSnCr 钎 料 >CuSnTi 钎 料>AgCuCr 钎 料 >AgCuTi 钎 料。对 比结果可知，除了 CuSnCr 钎料以外，其他钎料的两种结果相对应，结合温度对金刚石抗压强度的结果可知，这是因为 CUSnCr 钎料的反温度较高，温度和钎料的侵蚀使金刚石自身强度下降严重，因此剪切时单晶在较小的力的作用下即发生断裂，其 对 应 剪 切 强 度 也 低， 从 NiCrBSi和 NICrP 焊后单晶直接发生断裂也可以看出这点。

　 　从金刚石磨粒的剪切结果可知，剪切力臂相同时，不同钎料制备的金刚石试样的剪切失效形式有差别：NiCrBSi 钎 焊 的 金 刚 石 的 主 要 失 效形式是折断并伴随宏观破碎 ;NiCrP钎焊金刚石的主要失效形式是折断并伴随宏观破碎且破碎程度稍小一些 ;AgCuTi 钎焊金刚石的主要失效形式是破碎 - 滑移并有被压入钎料的趋势 ;AgCuCr 钎焊金刚石的主要失效形式是破碎 - 滑移 - 脱落 ;CuSnTi钎焊金刚石失效的主要形式是破碎 -滑 移 - 脱 落 ;CuSnCr 钎 焊 金 刚 石 的主要失效形式是折断。相同出露高度 380um 以 下 , 磨 粒 断 裂 强 度 的顺 序 是 NiCrBSi> 钎 料 >NiCrP 钎 料>AgCuTi 钎 料 >AgCuCr 钎 料。与 钎料本身力学性能结果相比，AgCuTi钎料的顺序发生了改变，这是因为AgCuTi 钎料较软，金刚石在剪切时有被压入钎料的趋势，使得测得力比钎料发生断裂的力大 ; 与单晶剪切 实 验 结 果 相 比，AgCuTi 钎 料 和CuSnCr 钎料的顺序都发生了改变 ,这是因为钎料硬度、爬升层和金刚石损伤程度的综合影响。

　 　2. 疲劳断裂产生机理

　 　钎焊接头中疲劳裂纹扩展的阶段不同，断口的形貌特征也有着显著的差别，通过了解并认识疲劳裂纹扩展各个阶段的微观形貌特征，对预测疲劳寿命及抗疲劳设计都起着至关重要的作用。初步判断了疲劳裂纹的性质，有必要对钎焊接头的断裂机理及影响裂纹扩展因素进行分析。

　 　于钎料与金刚石之间化学冶金结合 , 钎料对金刚石的把持力较高 ; 当磨削时，涂层中凸起的高硬度金刚石固定磨粒在 ZrO 2磨球表面相对滑动，在法向载荷作用下对 ZrO 2磨球进行磨削而形成磨屑并散落在涂层表面，而 ZrO 2磨球则形成犁沟形貌。随着 ZrO 2磨屑在涂层表面不断散落，“微滚球”效应逐渐形成，将部分滑动摩擦转为滚动摩擦，因而摩擦系数呈现降低的趋势。因此，钎焊金刚石涂层高耐磨摩擦磨损性能的实质，是涂层中凸起的高硬度耐磨金刚石在摩擦中为主要承载相，在一定程度上使涂层免避磨损，从而保护了涂层。此时式中的K 可解释为磨粒的形体系数，尺寸大的、尖锐的、多角形的磨粒比尺寸小的、钝的、圆的磨粒磨损快，但磨粒尺临界值在 80um 左右，当磨粒尺寸超过临界值时，磨损量不再随着磨粒的增大而增大。本实验中，所用金刚石磨粒尺寸基本在 80um 以上，因此金刚石颗粒大小不影响 ZrO2 磨球的磨损量。 然而，当金刚石质量分数在各涂层中相同时，金刚石粒位径越大总量便越少，表面凸起的金刚石也越少，从而磨粒的总滑动距离也越小， ZrO2 磨球的磨损量也越少，此外，由于钎焊中表面镀钨金刚石在一定程度上保护了金刚石不会受热损伤而破坏，保持了其原有的锋利度，因而在同一粒径下钎焊镀钨金刚石涂层对 ZrO2磨球的磨损量高于不镀钨金刚石涂层，同时其摩擦系数也相对较高。