鍍鈦簡介
金屬結合劑金剛石工具因其結合強度高、容易成型、使用壽命長等優良特性而在實際中得到了廣泛套用，成為當今公認的、能加工硬脆非金屬材料的唯一有效工具。金屬結合劑基體主要有鈷基、鐵基、銅基、鎳基、鋁基等。在這些結合劑中，鈷基結合劑抗彎強度高，對碳材料和碳化物的潤濕性和粘結性好，鈷基金剛石磨具性能最好，但鈷屬於戰略物質且價格較高，不適合大規模的工業化使用。鐵與鈷屬於同族元素，性質比較相似，價格低廉且來源廣泛。銅基結合劑有滿意的綜合性能、低的燒結溫度、好的成型性和可燒結性以及與其他元素的相容性。鐵基和銅基結合劑正因為分別具有以上的優點，所以實際套用最多。此外，為了提高金剛石工具的性能，對金剛石表面金屬化，即通過化學或物理的方法在金剛石表面鍍上其他金屬，能增強金剛石與金屬胎體間的鍵合，增加金屬胎體對金剛石的把持力，延長金剛石工具的使用壽命。
區別
以最常用的鐵基和銅基結合劑為基體，分別加入表面未鍍和鍍鈦金剛石，然後在不同的燒結溫度下熱壓燒結分別得到鐵基和銅基結合劑胎體以及鐵基和銅基結合劑金剛石節塊，通過測試節塊的抗彎強度和觀測節塊斷面的微觀形貌來研究金剛石表面鍍鈦對金屬結合劑金剛石節塊把持力的影響 。
增加強度
通過不同燒結溫度下鐵基結合劑胎體以及分別含未鍍金剛石和鍍鈦金剛石節塊的抗彎強度可以看出：隨著燒結溫度的升高，結合劑胎體的抗彎強度先升高再降低，從700 °C 的542 MPa 增加到730 °C 的565 MPa，在760 °C 時達到最大值589 MPa，然後在790 °C 時降到565 MPa。原因分析如下：在760 °C 之前，結合劑胎體存在欠燒的行為，胎體還沒有緻密化。溫度升高，燒結時液相量增加，節塊空隙減少，對金剛石的潤濕性好，節塊抗彎強度相應提高。在760 °C 以後，有過燒行為，出現流料現象，同時過高的溫度導致鐵基對金剛石的嚴重侵蝕，金剛石發生碳化，使得金剛石與鐵基結合劑的界面結合強度顯著下降。
未鍍金剛石節塊和鍍鈦金剛石節塊的抗彎強度隨燒結溫度的變化與胎體節塊抗彎強度有一致的變化規律，都是在760 °C 時抗彎強度達到最大值，分別為482.6 MPa 和519.2 MPa；另外，加入金剛石以後，節塊的抗彎強度都降低，但鍍鈦金剛石節塊的抗彎強度要高於未鍍金剛石節塊。一般情況下，金剛石與胎體材料的界面往往成為斷裂源，金屬結合劑金剛石節塊的抗彎強度通常會低於金屬結合劑胎體的抗彎強度。
不同燒結溫度下，通過鐵基結合劑胎體對金剛石的把持力係數的變化可以看出：未鍍和鍍鈦金剛石的把持力係數隨燒結溫度的升高有相同的變化規律，在730 °C 時把持力係數最大。在不同的燒結溫度下，鍍鈦金剛石節塊的把持力係數均高於未鍍的，說明金剛石表面鍍鈦後，胎體對金剛石的把持能力提高，即胎體與金剛石間的結合強度增加。此外，把持力係數與燒結溫度之間沒有線性關係 。
銅基結合劑
不同燒結溫度下，銅基結合劑胎體、含未鍍鈦金剛石節塊和含鍍鈦金剛石節塊的抗彎強度和把持力係數不同。它們的變化規律基本與鐵基結合劑時類似。隨著燒結溫度的升高，3 個試樣的抗彎強度同樣先升高再降低，在720 °C 時抗彎強度均達到最大，分別為644 MPa、497.2 MPa 和535 MPa。同樣地，使用鍍鈦金剛石後節塊的抗彎強度比未鍍的要高，分別提高了7.0%、7.6%、10.7%和5.2%。使用鍍鈦金剛石後的把持力係數比採用未鍍金剛石時有所增加，說明金剛石表面鍍鈦能夠改善其與銅鐵基結合劑的界面結合狀況，增強結合劑對金剛石的把持力。
鐵基結合劑
為了解金屬結合劑與金剛石間界面的結合狀態，用SEM 觀測了鐵基結合劑金剛石節塊經抗彎強度測試斷裂後的斷面形貌。金剛石表面有很多坑點，而且金剛石表面有片狀脫落現象，界面間存在明顯的溝槽，說明未鍍金剛石與結合劑的結合狀態較差。這是因為金剛石是非金屬，與結合劑金屬之間有較高的界面能，金剛石不能被結合劑金屬浸潤，因而金剛石與結合劑金屬之間的結合狀況為機械包鑲。而在圖6b 中可以看出金剛石表面比較光滑，金剛石與結合劑之間結合緊密，斷口處金剛石表面粘有結合劑，金剛石表面未發現片狀脫落現象。
若金剛石表面沒有鍍覆層，高溫燒結時鐵合金中的元素會對金剛石表面產生較嚴重的化學侵蝕(如使金剛石表面石墨化)，從而影響結合劑對它的把持力和金剛石的強度。金剛石表面鍍鈦後，依靠鍍鈦層的中介作用，結合劑牢牢地把持著金剛石。這說明使用鍍鈦金剛石能夠改善鐵基結合劑與金剛石界面的結合狀況，增強了結合劑對金剛石的把持力[8]。銅基結合劑與金剛石的結合與此類似 。
總結
採用表面鍍鈦金剛石製備的鐵基和銅基結合劑節塊的抗彎強度和把持力係數與採用表面未鍍金剛石製備的節塊相比都有所提高 。
