Hvorfor tilsættes mangan til diamantværktøjer?

Hvorfor mangan er tilføjet til diamantværktøjer

I diamantværktøjer er metalbinderens (matrix) funktion at tilbageholde diamantpartikler og slides væk med en passende hastighed under brug, hvilket sikrer kontinuerlig eksponering af friske diamantskærkanter. Selvom mangan typisk bruges i små mængder som et legeringselement, spiller det en afgørende rolle i bindemiddelsystemer baseret på kobber, jern, wolfram og wolframcarbid. Det primære formål med at tilføje mangan er at forbedre sintringsegenskaber, grænsefladebinding og mekaniske egenskaber uden at beskadige diamanterne eller kompromittere andre matrix-ydeevnemålinger.

(manganelement)

 

 

I. Signifikant sænkning af sintringstemperaturen for kobber-baserede bindemiddelfaser

Manganhar et smeltepunkt på 1246 grader og har høj hårdhed og styrke, sammenlignelig med jern. Det udviser god gensidig opløselighed med kobber; især har en Cu-Mn-legering med et manganindhold på 33,7 % et smeltepunkt på kun 871 grader. Denne egenskab gør det muligt for mangan at sænke sintringstemperaturen væsentligt for kobber-baserede bindefaser.

For diamantværktøj giver en sænkning af sintringstemperaturen flere fordele:

1. Reduktion af risikoen for diamantgrafitisering, oxidation eller termisk skade ved høje temperaturer;
2. Reduktion af energiforbruget og forbedring af procesomkostningseffektiviteten-;
3. Letter dannelsen af ​​en tættere og mere ensartet matrixmikrostruktur.

Derfor muliggør tilsætning af en passende mængde mangan til kobber-baserede bindemidler effektiv sintring ved lavere temperaturer, hvilket balancerer diamantbeskyttelse med matrixfortætning.

 

II. Forbedring af fugtigheden af ​​kobber-baserede bindemidler på skeletmaterialer og diamanter

Mangan forbedrer befugtningen af ​​kobber-baserede bindemidler vedrørende skeletmaterialer og diamanter. Forbedret befugtningsevne gør det muligt for den flydende bindemiddelfase at spredes mere effektivt over overfladerne af skeletpartikler og diamanter under sintring, hvilket resulterer i en tættere grænsefladebinding ved afkøling. Dette styrker direkte matrixens tilbageholdelse af diamanterne, hvilket reducerer for tidligt diamanttab under brug og forlænger derved værktøjets levetid og forbedrer skærestabiliteten.

 

III. God kompatibilitet med jern, velegnet til jern-baserede bindemidler

Mangan udviser også fremragende kompatibilitet med jern. Tilføjelse af mangan til jern-baserede bindingsmatricer giver følgende fordele:

1. Mangan danner en substitutionel fast opløsning med jern, hvilket resulterer i fast-opløsningsforstærkning, der øger styrken og hårdheden af ​​matrixen;
2. Det forbedrer moderat plasticiteten af ​​den jern-baserede matrix, mens den reducerer skørhed;
3. Mangan binder ilt og afbøder derved oxidationsproblemer under sintringsprocessen af ​​den jern-baserede binding.

Inden for jernbaserede-systemer tjener mangan derfor ikke kun som et styrkende element, men også som et hjælpemiddel til deoxidation og sejhed.

 

IV. Deoxiderende effekt, især med betydelige synergistiske resultater sammen med aluminium og silicium

Mangan har iboende deoxiderende egenskaber. Dens deoxiderende evne forbedres dramatisk, når den er til stede sammen med aluminium (Al) og silicium (Si). Under sintringen af ​​diamantværktøjer kan tilstedeværelsen af ​​oxygen føre til dannelse af oxidindeslutninger og porøsitet i matrixen samt svækkelse af grænsefladen. Mangans deoxiderende virkning hjælper med at rense matrixen, forbedre sintringskvaliteten og forbedre både matrixdensiteten og de mekaniske egenskaber.

 

 

V. Forbedring af sejhed og slidstyrke til at modstå stødbelastninger

Høje-manganlegeringer udviser typisk overlegen sejhed og slidstyrke. Derfor er diamantværktøj med højt manganindhold i stand til at modstå stødbelastninger under drift. Denne slagfasthed er især afgørende for værktøjer, der bruges i applikationer, der involverer afbrudt skæring, hård-slibning eller boring, da den hjælper med at minimere matrixrevner og for tidligt diamanttab.

 

VI. Begrænsninger af mangan og hensyn til brug

På trods af de førnævnte fordele kræver brugen af ​​mangan i diamantværktøj streng kontrol på grund af visse væsentlige begrænsninger:

1. Manganpulver oxiderer let og er svært at reducere, når det først er oxideret. Dette komplicerer pulveropbevaring, blanding og sintring og øger risikoen for at indføre oxidurenheder.
2. Ved høje temperaturer fremmer mangan grafitiseringen af ​​diamant. Dette beskadiger diamanten og reducerer derved værktøjets skæreydelse og levetid.
3. Mangan har en tendens til at reducere den termiske og elektriske ledningsevne af bindingsmatrixen. Dette kan være skadeligt for værktøjer, der kræver effektiv varmeafledning eller elektrisk ledningsevne.

Af disse grunde bruges mangan typisk med forsigtighed i praktisk formuleringsdesign:

• Det tilsættes generelt til W-baserede eller WC-baserede formuleringer for at sænke sintringstemperaturen af ​​den kobber-baserede bindefase og forbedre bindingen til skeletfasen;
• Doseringen overstiger sædvanligvis ikke 5% for at undgå væsentlig kompromittering af diamantens og matrixens egenskaber;
• Det tilsættes også nogle gange til jern-baserede bindemidler for at opfange oxygen, moderat forbedre duktiliteten og styrke matrixen gennem dannelsen af ​​substituerende faste opløsninger.

(Huicetools leverer diamantslibesko i høj kvalitet med Redi-låsholder)

 

 

Konklusion
Tilføjelsen af ​​mangan til diamantværktøjer udnytter primært dets evne til at sænke sintringstemperaturen af ​​kobber-baserede bindefaser, forbedre befugtningsevnen med skeletmaterialer og diamant, opfange oxygen og give fast-opløsningsstyrkelse. Derudover øger mangan matrix sejhed og slidstyrke, hvilket gør det muligt for værktøjet bedre at modstå stødbelastninger.

 

Men fordi mangan let oxiderer, kan fremme diamantgrafitisering ved høje temperaturer og reducerer matrixens termiske og elektriske ledningsevne, er dets brug strengt begrænset-typisk til højst 5 %-og er stort set begrænset til specifikke systemer såsom W-baserede eller WC-baserede formuleringer{{4}. Velovervejet brug af mangan giver mulighed for en optimal balance mellem at beskytte diamanten, forbedre sintringskvaliteten og forbedre værktøjets samlede ydeevne.