Warum wird Diamantwerkzeugen Mangan zugesetzt?

Warum Diamantwerkzeugen Mangan zugesetzt wird

Bei Diamantwerkzeugen besteht die Funktion des Metallbindemittels (Matrix) darin, Diamantpartikel zurückzuhalten und sich während des Gebrauchs in angemessenem Maße abzunutzen, um sicherzustellen, dass kontinuierlich frische Diamantschneidkanten freiliegen. Obwohl Mangan typischerweise in geringen Mengen als Legierungselement verwendet wird, spielt es in Bindemittelsystemen auf Basis von Kupfer, Eisen, Wolfram und Wolframkarbid eine entscheidende Rolle. Das Hauptziel der Zugabe von Mangan besteht darin, die Sintereigenschaften, die Grenzflächenbindung und die mechanischen Eigenschaften zu verbessern, ohne die Diamanten zu beschädigen oder andere Leistungskennzahlen der Matrix zu beeinträchtigen.

(Manganelement)

 

 

I. Erhebliche Senkung der Sintertemperatur von kupferbasierten Bindemittelphasen

Manganhat einen Schmelzpunkt von 1246 Grad und besitzt eine hohe Härte und Festigkeit, vergleichbar mit der von Eisen. Es weist eine gute gegenseitige Löslichkeit mit Kupfer auf; Bemerkenswerterweise hat eine Cu-Mn-Legierung mit einem Mangangehalt von 33,7 % einen Schmelzpunkt von nur 871 Grad. Diese Eigenschaft ermöglicht es Mangan, die Sintertemperatur kupferbasierter Bindephasen deutlich zu senken.

Bei Diamantwerkzeugen bietet die Senkung der Sintertemperatur mehrere Vorteile:

1. Reduzierung des Risikos der Graphitisierung, Oxidation oder thermischen Beschädigung des Diamanten bei hohen Temperaturen;
2. Senkung des Energieverbrauchs und Verbesserung der Prozesskosten-effektivität;
3. Erleichtert die Bildung einer dichteren und gleichmäßigeren Matrix-Mikrostruktur.

Daher ermöglicht die Zugabe einer angemessenen Menge Mangan zu kupferbasierten Bindemitteln ein effektives Sintern bei niedrigeren Temperaturen und sorgt für ein Gleichgewicht zwischen Diamantschutz und Matrixverdichtung.

 

II. Verbesserung der Benetzbarkeit kupferbasierter Bindemittel auf Skelettmaterialien und Diamanten

Mangan verbessert die Benetzbarkeit kupferbasierter Bindemittel in Bezug auf Skelettmaterialien und Diamanten. Durch die verbesserte Benetzbarkeit kann sich die flüssige Bindemittelphase während des Sinterns effektiver über die Oberflächen von Skelettpartikeln und Diamanten verteilen, was beim Abkühlen zu einer engeren Grenzflächenbindung führt. Dies stärkt direkt die Retention der Diamanten in der Matrix, reduziert den vorzeitigen Diamantverlust während des Gebrauchs und verlängert so die Standzeit des Werkzeugs und verbessert die Schnittstabilität.

 

III. Gute Verträglichkeit mit Eisen, geeignet für Bindemittel auf Eisenbasis-

Mangan weist auch eine ausgezeichnete Eisenverträglichkeit auf. Die Zugabe von Mangan zu eisenbasierten Bindungsmatrizen bietet die folgenden Vorteile:

1. Mangan bildet mit Eisen eine substituierende feste Lösung, was zu einer Festigung der festen Lösung führt, die die Festigkeit und Härte der Matrix erhöht;
2. Es verbessert mäßig die Plastizität der eisenbasierten Matrix und verringert gleichzeitig die Sprödigkeit.
3. Mangan bindet Sauerstoff und mildert dadurch Oxidationsprobleme während des Sinterprozesses der eisenbasierten Bindung.

Folglich dient Mangan in eisenbasierten Systemen nicht nur als Verstärkungselement, sondern auch als zusätzliches Desoxidations- und Zähigkeitsmittel.

 

IV. Desoxidierende Wirkung, insbesondere mit erheblichen synergistischen Ergebnissen neben Aluminium und Silizium

Mangan besitzt inhärente desoxidierende Eigenschaften. Seine Desoxidationsfähigkeit wird erheblich verbessert, wenn es neben Aluminium (Al) und Silizium (Si) vorhanden ist. Beim Sintern von Diamantwerkzeugen kann die Anwesenheit von Sauerstoff zur Bildung von Oxideinschlüssen und Porosität innerhalb der Matrix sowie zu einer Schwächung der Grenzflächen führen. Die desoxidierende Wirkung von Mangan hilft, die Matrix zu reinigen, die Sinterqualität zu verbessern und sowohl die Matrixdichte als auch die mechanischen Eigenschaften zu verbessern.

 

 

V. Verbesserung der Zähigkeit und Verschleißfestigkeit, um Stoßbelastungen standzuhalten

Legierungen mit hohem-Mangangehalt weisen typischerweise eine überlegene Zähigkeit und Verschleißfestigkeit auf. Daher sind Diamantwerkzeuge mit hohem Mangangehalt in der Lage, Stoßbelastungen im Betrieb standzuhalten. Diese Schlagfestigkeit ist besonders wichtig für Werkzeuge, die bei Anwendungen mit unterbrochenem Schneiden, Hochleistungsschleifen oder Bohren eingesetzt werden, da sie dazu beiträgt, Matrixrisse und vorzeitigen Diamantverlust zu minimieren.

 

VI. Einschränkungen von Mangan und Überlegungen zur Verwendung

Trotz der oben genannten Vorteile erfordert die Verwendung von Mangan in Diamantwerkzeugen aufgrund einiger erheblicher Einschränkungen eine strenge Kontrolle:

1. Manganpulver oxidiert leicht und lässt sich nach der Oxidation nur schwer reduzieren. Dies erschwert die Lagerung, das Mischen und Sintern des Pulvers und erhöht das Risiko der Einführung von Oxidverunreinigungen.
2. Bei hohen Temperaturen fördert Mangan die Graphitisierung von Diamant. Dadurch wird der Diamant geschädigt, wodurch die Schnittleistung und Lebensdauer des Werkzeugs sinken.
3. Mangan neigt dazu, die thermische und elektrische Leitfähigkeit der Bindungsmatrix zu verringern. Dies kann sich nachteilig auf Werkzeuge auswirken, die eine effiziente Wärmeableitung oder elektrische Leitfähigkeit erfordern.

Aus diesen Gründen wird Mangan bei der praktischen Formulierungsgestaltung typischerweise mit Vorsicht verwendet:

• Es wird im Allgemeinen W--basierten oder WC--basierten Formulierungen zugesetzt, um die Sintertemperatur der Kupfer--basierten Bindemittelphase zu senken und die Bindung mit der Gerüstphase zu verbessern;
• Die Dosierung überschreitet in der Regel 5 % nicht, um die Eigenschaften des Diamanten und der Matrix nicht wesentlich zu beeinträchtigen;
• Manchmal wird es auch Bindemitteln auf Eisenbasis zugesetzt, um Sauerstoff abzufangen, die Duktilität moderat zu verbessern und die Matrix durch die Bildung von substituierenden festen Lösungen zu stärken.

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Abschluss
Der Zusatz von Mangan zu Diamantwerkzeugen nutzt in erster Linie seine Fähigkeit, die Sintertemperatur von kupferbasierten Bindephasen zu senken, die Benetzbarkeit mit Skelettmaterialien und Diamant zu verbessern, Sauerstoff abzufangen und für eine Festigung der festen Lösung zu sorgen. Darüber hinaus verbessert Mangan die Zähigkeit und Verschleißfestigkeit der Matrix, sodass das Werkzeug Stoßbelastungen besser standhalten kann.

 

Da Mangan jedoch leicht oxidiert, die Graphitisierung von Diamanten bei hohen Temperaturen fördern kann und die thermische und elektrische Leitfähigkeit der Matrix verringert, ist seine Verwendung streng begrenzt -typischerweise auf nicht mehr als 5 %-und weitgehend auf spezifische Systeme wie Formulierungen auf W-- oder WC-{4}-Basis beschränkt. Der umsichtige Einsatz von Mangan ermöglicht ein optimales Gleichgewicht zwischen dem Schutz des Diamanten, der Verbesserung der Sinterqualität und der Verbesserung der Gesamtleistung des Werkzeugs.