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刀具生产中的钴析出问题
来源: | 作者:agriculture-100 | 发布时间: 354天前 | 80 次浏览 | 分享到:

“金属钴Co是硬质合金的重要结合剂,如果钴在硬质合金材料中有一定程度的活化,将会直接影响产品的硬度、强度和耐热性。特别是在刀具的特殊几何形状中,如刀尖、锋利边缘等部分,少量的钴析出,也会使刀具质量与使用寿命大相径庭。




在硬质合金刀具的生产中,常用的冷却便质是磨削纯油,而非水性冷却液。选油而不是选水的主要理由,是从钴的化学性质出发,基本上是认为钴Co与水的反应非常活跃,炽热时钴与水蒸气反应生成氧化钴CoO。


基于以上理由,我们接触到绝大多数注重产品质量的硬质合金刀具生产厂家,都采用了纯油冷却。特别是大型厂家,都强调了钴析出的控制性指标,如某头部大厂将3年以上冷却油槽的钴析出控制指标设定为60PPM,也就是十万分之六。作为硬质合金磨削加工的冷却介质,油槽中长期浸泡着磨灰钨粉,介质液体当中钴含量的可检出值是3PPM,没有检出有钴的存在是不可能的,但优秀的磨削冷却油厂家,能够将这个检出值控制在10PPM以内。

钴Co被活化析出的反应机理

首先,激活底物:金属钴通过捕获冷却介质的氢原子或电子,使底物发生氢键断裂或电子转移。


然后,自由基生成:金属钴与发生氢键断裂或电子转移的冷却介质发生反应后,产生活性中间体金属钴自由基。金属钴自由基具有较高的反应活性,可以参与多种转化反应。


随后,反应转化:金属钴自由基可以与其他冷却介质中的添加剂或游离基发生进一步的反应转化,例如加成、氢化、羧酸酯生成等。这些反应通常发生在金属钴自由基与底物之间的键合位置上。


磨削环境下引发钴Co析出的主要风险点

1、从催化金属的角度看,对钴Co催化活性较好的金属分别是金Au、铂Pt、钯Pd、和铜Cu,而使用金属结合剂的金刚石砂轮主要使用青铜(铜Cu锡Sn锌Zn合金)。在大多数国产磨削油控制钴析出的配方思路,以往经验较多的是以控制铜的活性为理论出发点。因此,了解环境体系中是否含铜元素也很重要。

2、从反应条件的角度来看,钴的活性与环境温度有密切关系,一般来说温度升高,钴的活性增强的,是线性关系。在温度高于300度就有剧烈的氧化反应,炽热条件下与水蒸气也快速反应,在一定温度下与氯、硫等卤素会发生剧烈反应。但磨削场区的瞬间温度客观存在的,急速冷却尽可能降温,使磨削冷却介质维持较低温度运行,也是控制钴析出的关键所在。经验条件中,增加冷却装置,选择比热容更高的冷却载体,就有很强的针对意义。

3、冷却介质的物性条件来看,钴析出对磨削油添加剂有很强的选择性。笔者认为在控制思路上采用抑制法并不实际。磨削油槽的使用寿命要求极高,介质的老化、自由基的生成、添加物的活化等等化学性质本身是难以控制的,大道至简才是正道。选择相对钴金属在不同温度条件下均属钝态的物质是基本中的基本。

硬质合金刀具生产中钴Co析出的影响与管理

钴析出对硬质合金刀具的质量与寿命有直接影响,将会直接影响产品的硬度、强度和耐热性。特别是在刀具的特殊几何形状中,如刀尖、锋利边缘等部分,少量的钴析出,也会使刀具质量与使用寿命大相径庭。首先,耐热性受影响,刀具在不能在他应有的负荷下工作;其次,硬度与强度受影响,理论上可以加工的金属而难以加工,实际寿命达不到设计要求等。刀具质量产生上述影响,往往会使生产者不明就里,难以查找原因。在生产工艺、刀具材料、几何尺寸均完全一致的情况下,为什么甲厂的产品就是比乙厂差?答案往往隐藏在磨削油的钴Co析出问题上。

笔者给硬质合金生产工厂的具体建议是,至少每三个月监测送检一次冷却油的钴Co含量,如果测出钴Co含量超过60PPM则应马上换油。新装油槽,前期从第二个月开始检测,检测值陡升,则表明该磨削油不适合当前环境,需要立即更换。

孚兰磨削油在现存使用案例中,三年以上油槽的钴Co检出值均控制在10PPM左右,属于硬质合金刀具的首选冷却用油。