磨料质量检验与控制

超硬磨料质量

1、“好”磨料的概念

金刚石磨料是作为超硬材料制品的主要原材料，磨料质量的优劣直接影响制品质量的好坏。因此凡是制品企业对金刚石磨料的质量都非常重视，都知道要“好”金刚石磨料。但是具体到什么是“好”磨料，好多企业未必有正确的认识，本节内容将重点阐述什么是“好”磨料，如何选择“好”磨料。本节先将“好”磨料做个定义，将通常所说的“好”磨料在此分为两种。

一是品级“好”的磨料。指单粒磨料结晶比较完整，颗粒形状比较规范，内部杂质比较少，强度比较高的金刚石磨料，通常以冲击韧性或单颗粒抗压强度或颗粒形状完整性区分品级的高低，品级高的磨料晶形完整杂质含量低，这也称谓“好”磨料。品级好坏的划分与实用效果无关。

另一种是使用效果“好”的磨料，也就是金刚石磨料产品的一组固有特性满足用户要求的程度高的磨料，又将其称为“合格”的磨料。指以磨料为主要原材料制作成的制品，在实际使用过程中使用效果的好坏，使用效果好的磨料称谓“好”磨料。这种“好”（合格）的磨料是与使用效果密切相关的。

目前市场上基本上是以磨料的品级定价，品级越好价格越高。但是对于不同的用途，并不是品级越好使用效果就越好。对于不同的用途，适用的磨料才是真正合格的“好”磨料。因此，当选择磨料时一定要明白是选什么样的“好”磨料。

2、如何选择磨料

用户再选择金刚石磨料时，首先要明确所选择的是好品级的磨料还是好用的磨料。对于金刚石磨料品级的划分，JB/T6048-2010行业标准将金刚石磨料划分为D10,D20,D30,D40,D50,D60,D70,D80,D90九个品级，从D10到D90它们的强度逐渐增大。

生产企业首先要根据自己产品的特点以及磨削对象和磨削方式选择适合品级的金刚石磨料，才是好用的磨料，然后才能根据实际需要进行质量控制。比如，要做树脂金刚石砂轮通常选择D60以下的品级；要做锯切花岗岩的金刚石锯片，通常要选择D70以上品级的金刚石磨料。只有选好所需的磨料品级，然后才能说进行下一步的质量控制。

3、磨料质量问题

1） 磨料中有大颗粒。导致出现划伤。

2） 不同厂家，同一规格的磨料产品，粒度规格差别太大，有的甚至跨粒度号。导致制品使用性能不稳定。

3） 同一品级的磨料，磨料实际强度差别较大，导致制品使用性能不稳定

4） 磨料中杂质成份和含量不稳定。导致制品使用性能不稳定；对于要求较高的磨削对象，甚至还影响被磨工件的性能。

目前经常出现的质量问题主要表现在上述四各方面，下面就从这四个方面介绍如何进行质量控制。

4、磨料质量控制

1）磨料大颗粒控制。对于单晶金刚石磨料，通常是采用筛网筛分方法进行粒度分级的，由于标准对大颗粒的规定不合理，至使单晶磨料经常出现大颗粒。尤其是对于80/100以细的用于磨削用途的磨料，在使用前必须进行大颗粒检验。生产厂家要控制大颗粒，就要将检验筛的上限筛缩小一个号，这样就可以有效控控制大颗粒了。

用户要控制大颗粒，可以用筛分法过滤掉大颗粒，也可以采用显微镜图像法来检查大颗粒，发现有大颗粒应该采取处理措施或进行更换。金刚石微粉磨料通常是采用沉降法进行分级的，由于目前没有切实可行的标准，目前对大颗粒的界定和认识也不一致，所以目前微粉产品中经常出现大颗粒也就不足为怪了。

生产单位要控制大颗粒，首先要控制好“拦头”粒度的沉降时间，确保大颗粒拦在外边，同时注意生产的各环节不要产生污染。尤其是生产5μm以细的微粉，生产环境一定要洁净。作为用户目前要检验微粉中的大颗粒只有采用显微镜图像分析法。大颗粒的界定和分析方法可参考第5讲的内容。

2）对于单晶金刚石磨料同一规格、不同厂家、不同批次的产品差别较大，有的甚至相差一粒度号。这会给使用效果带来较大的影响。生产厂家应严格按照标准规定，对所用筛网进行检验，确保筛网符合标准要求，才能保证不同批次、不同厂家的同一规格的单晶金刚石磨料产品粒度稳定一至。

对于用户也要用合格的筛网进行质量检验把关。对于用户来说，粒度组成的一至，是保证使用效果稳定的重要因素，因此，应严格检验产品的粒度组成。用户控制粒度组成的方法有筛分法，图像分析法。对于金刚石微粉可以用显微镜图像法，电阻法，也可以用激光衍射法。

但目前用户对激光粒度仪的认识有一个误区，认为激光粒度仪检验结果稳定准确。其实激光粒度分析法法是一种拟合近似分析方法，而且不可校准，溯源性可比较性差，分辨率低，对D50粒径的分析还比较准，但对D5、D10、D90 、D95粒径的分析误差就比较大，已不能满足磨料粒度分析的要求。

因此激光粒度仪经常将不合格品检验成合格品，也经常将合格品检验成不合格品，所以，用户在利用激光粒度仪进行质量检验时，要特别引起注意。尤其是对于最终用户，不推荐用激光粒度仪作为磨料粒度质量把关的手段。

3）同一品级的磨料，实际强度差别较大。这会导致产品实用效果差别较大，导致制品产品质量不稳。对于单晶金刚石磨料，生产方应根据产品杂质含量的多少，调整单晶分选设备的参数，确保分级准确，其次是加强产品的强度检验。强度检验方法包TI或TTI或单颗粒抗压强度检测，或者颗粒形状检验。作为用户，根据用途选择合适的金刚石磨料品级。对于锯切或其他高速磨削用途的磨料，应该主要以TTI检验结果来控制控制产品品级和质量。

对于其他用途可以TI或单颗粒抗压强度或者颗粒形状的检验结果来控制产品质量。尤其是对于TI小于40%的金刚石磨料应以单颗粒抗压强度检验结果控制产品质量为好，因为当TI小于40%时，目前的TI或TTI检验方法，对其产品内在质量的变化已不太敏感，因此分级控制效果也就不太好了。对于不同品级的的金刚石磨料，应选用不同的质量控制方法，才能达到事半功倍的效果。

对于金刚石微粉来说，目前控制产品品级的唯一的方法就是颗粒形状和颗粒透光率。通过控制颗粒形状和透光率参数的稳定，可以有效控制产品品级和产品质量。微粉生产企业应根据原料的品级来源，分别进行管理，杂质含量低的高品级的金刚石，生产出来微粉品级也相应高。除了加强原材料的控制，还应通过对成品颗粒形状、透光率的检测来对产品进行分级，才能确保产品质量稳定。

4）杂质含量控制。金刚石磨料中的杂质分为两类。一是内部部杂质，主要是指金刚石磨料生产过程带进来的触媒类元素以及原材料中的少量杂质元素。另一类是外部杂质，主要是在金刚石磨料破碎和分选过程没有处理干净或外部混入的非金刚石类的矿物成份。

对于单晶金刚石磨料，由于金刚石分选工艺比较成熟了，因此外部杂质极少，基本上不存在了。但在金刚石微粉中，尤其是平均粒径5μm以细的，杂质含量比较高。由于不同微粉企业生产工艺的不同，杂质含量从0.1%到16%不等。杂质含量对使用效果具有较大的影响，作为生产方应严格确保生产环境的清洁，使用纯净的沉降介质，控制生产工艺各个环节确保不会产生交叉污染。

作为用户，在使用前应采用高温（1000℃）烧失法，检测杂质含量。平均粒径3μm以粗的微粉中杂质含量不得超过0.5%，3μm以细的微粉中杂质含量不得超过1%。

周波：党员、教授级高级工程师。1982年毕业于上海机械学院，获工程学士学位，同年分配到郑州磨料磨具磨削研究所工作至退休。先后任检测室主任、国家磨料磨具质量监督检验中心常务副主任、郑州磨料磨具磨削研究所副总工程师兼科技发展部主任。