磨具课堂第十六期金属结合剂改性及发展

金属结合剂经过几十年的发展，逐步形成了多体系、多用途的格局，但金属材料的特性导致金属结合剂自锐性差、不锋利。用陶瓷、树脂等材料与金属进行复合，能够使金属结合剂的性能得到很大程度上的改变，这种改变可以扩大金属结合剂的应用范围，使工具与加工条件更加匹配。

（1）金属-陶瓷复合结合剂

金属-陶瓷复合结合剂是利用不同尺寸的颗粒对基体材料进行弥散强化及颗粒增强。目前，以陶瓷为基体，金属材料为增强相的复合材料在金刚石磨具上的应用比较多，主要用加工陶瓷、硬质合金等材料。

在金属结合剂中引入陶瓷材料可以提高结合的耐磨性，采用金属-陶瓷复合方式，还可以提高结合剂的强度。

陶瓷材料增强金属结合剂最常用的方法就是弥散强化，利用金属在自身内部氧化、化学沉淀、机械合金化等方法都可以实现胎体材料的强化。

（2）金属-树脂复合结合剂

金属-树脂复合结合剂能够实现金属和树脂性能上的取长补短，产生协同效应，其综合性能要优于单一的金属或树脂结合剂。

添加铜粉和铜锡合金粉对制品性能的影响是不一样的，制品中添加铜锡合金粉要比添加铜粉的耐磨性好，因为铜锡合金粉的硬度要高于铜粉。

通过对摩擦性能的影响发现，含不同添加物的试样中，金刚石的脱落方式也不尽相同。试样中添加质量分数为30%～40%的铜粉，磨损面上的金刚石多为破碎状，拔出坑较少，这说明铜粉的添加，会增强基体对金刚石的把持力。

金属树脂复合结合剂的结构类型还有另外一种，即树脂和金属各自形成连续的相，并且两相相互交错穿插，形成三维互穿网络结构。这种结构的金属树脂复合型结合剂既有金属结合剂强度高，耐热导热性好，使用寿命长，型面保持性好的特点，又保留了树脂结合剂锋利、出刃好、磨损性能好的优点。

有专利研究了一种用于硬质合金湿磨的金属树脂复合结合剂磨具，提供了一种复合结合剂的配方：体积分数分别为18.4%的聚酰亚胺树脂粉，27,4%的Cu,27.4%的Sn以及26.8%的金刚石磨料，并在℃下热压一定时间。制得的产品具有金属和树脂结合剂耐热导热性好、强度高、耐磨性好等综合性能。

（3）金属结合剂的发展趋势

金属结合剂未来的发展趋势是高端化、不同用途的磨具选择的金属结合剂更加精细化，在提高结合剂性能的同时使磨具能够适应更多材料的加工。以金属为基体的复合型结合剂是金属结合剂的一大发展趋势，到目前为止，金属基复合结合剂的发展仍然很缓慢。

其一，复合材料结构的设计。从微观结构上看，金属复合结合剂的结构类型主要有两类。目前的研究领域主要集中在对金属基体进行颗粒增强和弥散强化的领域，对于三维网络结构型复合结合剂的研究还不够深入。

其二，复合结合剂的界面。复合材料由基体、增强相和两者之间的界面组成，复合材料的界面是基体和增强相之间很薄的边界，是影响复合材料强度、韧性和材料断裂行为的首要因素。当前的研究主要集中添加物对结合剂机械性能的影响上，而缺乏对复合结合剂界面的研究。

其三，复合结合剂的工艺匹配。虽然低熔点金属有着广泛的应用，但是硬度低、强度低的问题限制了它在金刚石磨具行业的应用。因此，金属结合剂的烧结温度一直居高不下。耐高温树脂结合剂经历了几十年的快速发展，相对于金属材料，它的耐热温度还是比较低的。二者的差异是限制金属-树脂复合材料的首要因素。对于金属陶瓷复合结合剂，另一个重要问题是两者线膨胀系数相差较大，如何满足工艺的匹配是研究的难点之一。