金剛石因具有極高的硬度和良好的耐磨性，所以是碎巖等硬質(zhì)材料的理想材料。由于金剛石與一般金屬及其合金之間具有很高的界面能,與金屬及其合金的浸潤性很差,高溫時容易石墨化,致使金剛石焊接性很差。金剛石與金屬連接的主要困難在于:一是焊接溫度受到金剛石石墨化轉(zhuǎn)變溫度的限制,難以實現(xiàn)真正意義上的化學(xué)冶金結(jié)合,焊接接頭強度很低;二是大多數(shù)低碳鋼基體材料或者胎體材料對金剛石難以浸潤或者不能浸潤,焊接后基體對金剛石的把握能力非常差,造成制品在使用過程中金剛石脫離,不能充分發(fā)揮金剛石的優(yōu)良性能;三是金剛石的線膨脹系數(shù)低于大多數(shù)金屬材料或者合金,焊接時容易出現(xiàn)裂紋。

       因此，傳統(tǒng)的金剛石工具的制造一般都是采用化學(xué)鍍或者低溫釬焊的方法,沒有實現(xiàn)金剛石與基體的冶金結(jié)合,焊接強度較低,使用性能差,對金剛石的利用程度也非常低。只有綜合解決好以上這三方面的焊接難點,才能真正發(fā)揮金剛石的高性能。目前,金剛石高溫焊接技術(shù)受到有關(guān)焊接技術(shù)人員的關(guān)注,焊接金剛石時不妨借鑒。

       金剛石工具使用過程中,胎體材料的性能是影響金剛石工具使用性能的關(guān)鍵因素之一。國外研究發(fā)現(xiàn),采用胎體材料的預(yù)合金化工藝,金剛石工具的使用效果較好。國內(nèi)在這方面的工藝還只在燒結(jié)金剛石制品上少量采用,而焊接用的胎體合金采用預(yù)合金粉末工藝還鮮有報道。

       由于金剛石在高溫下極容易石墨化,故在焊接時采用在低碳鋼基體上噴焊一層低熔點的胎體材料,其性能要求為:(1)能與金剛石金屬化表面合金形成低熔點的共晶體,以降低金剛石的焊接溫度,避免石墨化;(2)能與低碳鋼基體有良好的焊接性;(3)有較高的硬度,能有效地支撐金剛石;(4)與金剛石金屬化后的過渡層TiC層及低碳鋼基體的膨脹系數(shù)差異較小,以減少焊接應(yīng)力,避免焊接裂紋。為達到上述四個方面的要求,胎體合金可以以鎳、鈷為主要成分,再加入適量的鈦、微量的稀土及少量的硼、硅等,稀土、硼、硅等在降低合金熔點的同時能提高合金流動性與浸潤性。

       可以將預(yù)選合金進行金屬粉末的預(yù)合金化,即先按設(shè)計配方將其熔煉成合金,然后霧化成為所需粒度的胎體粉末。試驗證明,通過預(yù)合金化的方法可制備出組織均勻、熔點低、易燒結(jié)、對金剛石具有良好浸潤性與黏結(jié)性的預(yù)合金粉末。將其噴焊在鋼基體上,重熔時加熱到稍高于預(yù)合金粉末的液相線溫度,預(yù)合金粉末熔化后與金剛石實現(xiàn)冶金結(jié)合,不會出現(xiàn)機械混合粉末胎體焊接時經(jīng)常出現(xiàn)的密度偏析、低熔點金屬先熔化富集和流失、易氧化或者易揮發(fā)的金屬在重熔的過程中難以控制等缺陷,有利于焊接工藝的穩(wěn)定。

       為減少金剛石的石墨化傾向,要求金剛石有盡可能好的熱穩(wěn)定性。由研究可知,一般條件下隨金剛石磁性的減弱,其熱穩(wěn)定性顯著提高。鑒于金剛石的磁性與其熱穩(wěn)定性之間的密切關(guān)系，可用于焊接的金剛石最好采用測量其磁性的方法來優(yōu)選。

       為改善金屬及其合金對金剛石的浸潤性和焊接性以前研究大都停留在采用金剛石表面鍍覆工藝上,這種工藝只是在金剛石表面包裹一薄層金屬外衣,并未在金剛石上生成金屬碳化物過渡層。

       為了更好的實現(xiàn)焊接,采用在金剛石表面金屬化工藝,首先需要把金剛石分別用稀鹽酸、丙酮清洗干凈并于150℃下烘干,然后在坩堝中與鈦粉混合,再以BaCl2+NaCl為主,加少量添加劑的氯基混合鹽將其覆蓋,把箱式電阻爐加熱至混合鹽熔點以上100℃~150℃,然后將坩堝放入爐中,保溫0.5~1h后隨爐冷卻,再取出坩堝放入煮沸的清水中,使鹽溶解就可得到滲覆了鈦的金剛石,而且這種金剛石表面金屬化工藝的方法使金剛石表面滲覆均勻、完整。經(jīng)檢測證明,金剛石表面滲覆物主要為鈦。

       再將經(jīng)鹽浴滲覆后的金剛石置于真空爐中,在1.33×10-4P2a的真空度下加熱900℃(1h)后隨爐冷卻。由于鈦是強碳化物形成元素,在加熱過程中與金剛石表面的碳原子結(jié)合生成TiC的晶核并逐漸長大,直至在金剛石表面形成一薄層TiC過渡層。

       采用熱絕緣劑能保護金剛石在高溫焊接時免受熱侵蝕,避免金剛石的高溫石墨化。相關(guān)研究表明,TiH2粉末的導(dǎo)熱率為0.5W/(m·K),且TiH2分解反應(yīng)的焓變是125.4kJ/mol,利用其來吸收并帶走金剛石周圍的熱量,可以屏蔽胎體熔化時金剛石出現(xiàn)過熱而石墨化。有些有機聚合物高溫可分解成烷、烴類小分子氣體和游離碳,吸收熱量約為105kJ/kg。

       如果按1kg合金中涂覆有機熱絕緣劑用量為10g計算,則在金屬液滴形成階段,絕緣劑的理論吸熱量可達1000kJ,而形成1kg過熱熔融金屬液滴(1000℃)需要提供熱量約3000kJ。因此,熱絕緣劑在防止金屬化金剛石升溫的同時,也可以降低胎體的過熱度,從而可以有效地防止金剛石的過熱導(dǎo)致的石墨化。此外,金屬氫化物TiH2分解殘留的鈦可以與有機聚合物高溫分解物中的殘余碳形成TiC層起到對金剛石的金屬化作用。

       因此,先將金屬化的金剛石清洗,再用TiH2粉末包裹金屬化金剛石表面薄薄一層,然后再涂覆有機聚合物,可做到涂層厚度合適、均勻性好,涂覆后應(yīng)烘干,除水分。由于涂覆的成本低,故可應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn),將胎體合金預(yù)合金化,然后噴焊在低碳鋼基體上,將噴焊層磨平、清洗后,用水玻璃將涂覆金剛石粘在噴焊層上,并烘干,焊接時采用氧乙炔氣焊,采用偏于碳化焰的火焰進行焊接,使金剛石與胎體的焊接處處于還原性氣氛中,有利于防止金剛石石墨化。

       焊接金剛石要注意焊后緩冷,避免出現(xiàn)焊接裂紋。金剛石與胎體的焊接質(zhì)量好壞最重要的指標就是焊接件的耐磨性能。相同條件下,采用其他傳統(tǒng)的焊接工藝焊接后試樣的磨損量為330g左右,采用高溫焊接技術(shù)試樣的磨損量為40.5g。由此可見,高溫焊接技術(shù)這一新的焊接工藝保持了金剛石高的耐磨性，以上觀點僅供參考。