金屬結合劑(M)按金屬或合金種類的成分，分為銅基合金結合劑(青銅結合劑)、鈷鎳合金結合劑、鑄鐵纖維結合劑及硬質合金結合劑。
(1)銅基結合劑
銅基結合劑主要有青銅結合劑，是用于金剛石、CBN磨具的結合劑。青銅主要指錫青銅，現在銅與鋁、鈹、硅、錳、鈦、鎂、鉻等元素組成的二元合金元素的銅合金都稱為青銅。銅鋅合金或以鋅為主要合金元素的銅合金，稱為黃銅。銅鎳合金或以鎳為主要合金元素的銅合金稱為白銅。錫青銅是制造金剛石、CBN磨具的主要結合劑材料。以錫青銅為結合劑制造的超硬磨具，強度、硬度高，又有較高的脆性，錫青銅收縮率小，易產生分散性縮孔，能滿足制造形狀復雜且要求有一定氣孔率的磨具，錫青銅導熱性較好，有利于磨具磨削時降低磨削溫度和防止丁件表面燒傷。錫青銅結合劑的主體材料是銅、錫、鋅、銀等金屬粉末，占95％以上，有時加入少量的石墨等非金屬材料，加入量不超過5％。
根據平面磨床磨削加工對象和加工質量要求，青銅結合劑可分為多種，常分為二元合金系、三元合金系及多元合金系。
①二元合金系 二元合金主要是銅錫二元合金。標準錫青銅是Cu81．5Snl8，5。銅錫配比可在較大范圍內變動。例如，Cu80％-90％，Sn20％-10％，外加1％石墨； Cu85Snl5，外加1％石墨；Cu75Sn25，外加1％石墨。
②三元合金系 在Cu—Sn二元合金基礎上，加入第三組分銀(Ag)、鎳(Ni)、鋅(Zn)等，組成三元合金結合劑，如Cu80Snl0Agl0、Cu70Sn25A95、Cu73Sn25Pb2等。
③多元合金系 結合劑組分超過三元以上的為多元合金系。銅仍是基礎組分。常加入的金屬有Ni、Co、Ti、Sn、Zn、Pb、Ag等，如Cu88Snl0ZnlPbt、Cu70Snl0Agl5Ni5、 Cul00Snl0-15Zn2Pb2—3(德國配方)。
(2)鍺暮縮合劑
鈷基結合劑中含有較高的鈷(Co)組分。分為高鈷與中鈷配方。高鈷組分含Co量大于70％。Co的高漏強度和耐磨性極差且易燒結。國內磨床生產高品級金剛石鋸片，含Co量達100％。國內加工硬質花崗巖的高鈷金剛石鋸片所用的配方為C070％、Cu20％、Sn5％、 Mn5％或WC。中鈷配方是為適應加工不同對象和不同加工條件。有多種中鈷含量的多元結合劑配方，如C060%、Cu5%、Sn5%、Zn3%、Nil0%、Mn8 oA、Fe9%或WC。其燒結溫度為840 880℃，結合劑硬度為95HRB。
(3)鑄鐵基結合劑
在鑄鐵基配方中，以Fe及WC作為骨架相，燒結時呈固相，調節Fe／WC的比例，滿足不同加工要求的耐磨性。為增加韌性，添加球墨鑄鐵纖維。鑄鐵纖維結合劑超硬磨料磨具的磨削比比較大，能適合于高速磨削。鐵基結合劑配方為30％～50％的Fe、5％～8％的 Sn、20％～30％的Ca、8％～15％的Ni、0～5％的Co、10％～25％的WC。對金剛石磨料鍍鈦合金薄膜，阻止Fe與金剛石的直接接觸，防止Fe對金剛石的親和，增強與結合劑的黏結能力，使磨料不易脫落。
(4)金屬結合劑成分設計
金屬結合劑組分分為骨架材料、黏結金屬，形成碳化物的元素，提高結合劑的力學性能的元素、填充料。
骨架材料是在青銅結合劑、鈷基結合劑中添加WC、Ti等硬質點物質，提高和改善結合劑強度、硬度、耐磨性等性能。在燒結過程中結合劑形成液相(黏結相)，硬質點物質起結晶骨架作用，液相將骨架相的孔隙填充達到致密燒結，使燒結制品的強度、硬度、耐磨性滿足把持超硬磨料顆粒的要求，避免出現結合劑不耐磨而造成超硬磨粒過早脫落。硬質點物質用量在20％(質量)以內時，磨具硬度的變化不大。青銅系結合劑中不加硬質點WC、Ti時，抗彎強度為813.4MPa，硬度為14．3HRC，加入WC為15％、Ti為1％時，抗彎強度為1021MPa，硬度為15.0HRC，當加入WC25％、Til.5％后，抗彎強度為1527MPa，硬度為23HRC。鈷基系不加WC、Ti，抗彎強度為934MPa，硬度為15.8HRC，加入WC為15％、Ti為1 oA后，抗彎強度為1227MPa，硬度為16.2HRC，加入WC為25％、Ti為1.5％后，抗彎強度為1527MPa，硬度為24HRC。
黏結金屬應用的是銅基合金。超硬磨料需要在1000。C以下進行燒結。銅基合金熔點能滿足1000℃的要求。其中Sn的熔點較低且能降低合金表面張力，改善黏結金屬對超硬磨料的潤濕作用，降低銅的熔點并起固溶強化作用，所以銅錫合金作為超硬磨具結合劑效果良好。在銅基結合劑中含有銅、錫、鋅、鎳、錳、鉆、鐵、鉛、鋁、鈹、．鈦、鉻、鉬等多種金屬元素及石墨、Fe。04、WC等非金屬添加劑，所以超硬磨具燒結后結合劑中的秧結相不是簡單的青銅或黃銅，而是復雜的多元青銅或自銅。各元素在銅合金中的溶解度不同，能夠無限互溶形成連續固體。復雜銅合金中各元素的固溶規律，對燒結超硬磨具性能有重要作用。金屬結合劑中各組成及含量與性能的關系，必須通過對合金相圖分析，了解有關合金的 結晶狀況和顯微組織，才能掌握金屬結合劑的相關規律，用以指導超硬磨具生產。
碳化物形成元素有Cr、Ti、W、Mo等。這些元素可以與超硬磨料形成碳化物，可提高結合劑對金剛石、CBN的黏結強度。
在金屬結合劑配方中加入co、Ni、Mn、Si、A1等元素，可以提高結合劑的力學性能。配方中加入Co、Ni元素，可提高潤濕性及固溶強化作用，增大結合劑強度和硬度。加入的Mn是弱脫氧劑，Mn與si、Al一起存在時脫氧能力急劇加強。又因Mn熔點較低(1244度)，易與其他金屬形成低熔點合金。Cu—Ce合金有好的脫氧作用，能提高合金流動性，使制品致密，無針孔縮松等缺陷，可消除低熔點雜質的有害影響，提高力學性能。Pb可提高合金的耐磨性、密實性和耐腐蝕性，減少結合劑與工件的摩擦因數。si與B的加入，可大幅度降低合金熔點，但也會增加結合劑的脆性。Ag粉的加入可使銅基合金的抗彎強度大幅增加，并提高導電性能。
石墨是青銅結合劑中常用的非金屬填充料，加入石墨可防止磨床磨具變形，降低磨具韌性，減輕青銅結合劑磨削堵塞，在結合劑中起潤滑、造孔、吸氧等有益作用。其加入量為1％-5％。近來國外將石墨制成球形粉末顆粒，將外表面鍍覆一薄層金屬，在燒結時，球形石墨表層金屬與結合劑金屬黏結在一起，防止石墨滑移和黏結能力下降。磨削過程中石墨顆粒所占的空間形成一個微孔，有助于石墨發揮潤滑作用，改善磨兵韻磨削性能。結合劑中加入FesOt主要是提高結合劑的脆性減少磨具堵塞現象。Fe304用量多，會使結合劑強度下降,一般用量為3％-7％(質量)。
(5)燒結理論
燒結是金屬結合劑超硬磨具的重要工序。燒結是指金屬結合劑粉末預壓成形的坯體在一定外界條件和低于結合劑主要組元熔點的燒結溫度下，所發生粉末顆粒表面減少，孔隙體積降低的過程。燒結溫度一般為金屬粉末熔點溫度Tw的70％~80％。在燒結過程中，發生添加劑的揮發、變形顆粒回復與再結晶，結合劑顆粒之間的物質擴徽、流動、溶解、化合及進化等一系列物理、化學變化。燒結的結果使粉末顆粒密度增加強度提高。結合劑預壓坯體在燒結過程中包括升溫過程、在燒結溫度下的保溫過程和降溫冷卻過程。按燒結時物相狀態分為流相燒結和固相燒結。多數材料的燒結是液相燒結。液相燒結時有流態的液相，可迅速填充氣孔而達到致密燒結，把配方中高溫熔化的銅合金稱為黏結合。固相燒結時無液相形成，致密化過程通過原子擴散蒸發凝聚和塑性變形實現。
燒結分為冷壓燒結與熱壓燒結。冷壓燒結是先用模具將粉末金屬以較高壓力壓制成形，然后在常壓下燒結。為防止粉末金屬氧化，燒結一般在還原氣氛（氨氣或氨分解氣)或中性氣氛(氮氣、氬氣)下進行。這種燒結過程主要依賴于液相在毛細管力用用下，填充氣孔達到致密化。液相不足則浸潤性不好，不能良好滲透，則燒結體密度和強度較低。故冷壓燒結配方要求能夠形成較多的液相。冷壓燒結主要用于金鋼石小切割片，金測石砂輪的制造，其生產批量大，制造成本低，但燒結時間長。熱壓燒結是金屬結合劑超硬磨具生產使用最多的方法。在熱壓條件下，形成的液相在壓力作用下強制流動滲透。高溫下即使是骨架相也會軟化。在壓力作用下發生塑性變形，導致產品在短時間內達到99%的致密化，容易保證熱壓產品的燒結質量。
(6)燒結金屬結合劑超硬磨具生產工藝
燒結金屬結合劑超硬磨床磨具生產工藝(包括冷壓法和熱壓法）如圖1所示。
①燒結金屬結合劑配方設計 設計原則主要考慮所設計磨具的性能使用要求。根據用戶所提出的磨削要求進行配方設計，選擇結合劑各種原料及用量。配方設計要先確定超硬磨料的品種及濃度。不同品種牌號超硬磨料適用于不同工件材質的加工。粗磨、大磨除率磨削，要選用粗粒度和高濃度的磨料。細粒度、低濃度（用量）磨料、則適用于精磨。其次要確定結合劑組分的合理配比，結合劑與磨料的品種、性能要相互配合，結合劑的組成和性能據硬磨要．能應與加工材料性質和加工方式相適應。最后要確定適當的磨具組織。結合劑各種成分的用量計算同普通磨具、樹脂磨具的配方計算。

圖1 燒結金屬結合劑超硬磨具生產丁藝流程
②金屬結合劑超硬磨具成形料配混金屬結合劑金剛石、CBN磨具成形料分工作層與過渡層成形料配混。工作層成形料由金剮石、CBN磨料、金屬結合劑與潤濕劑組成。先混制過渡層成形料，后混制工作層成形料。混料要保證超硬磨料與結合劑混合均勻。超硬磨料與結合劑充分混合后，再加入潤濕劑，或先將超硬磨料與潤濕劑混勻，再加結合劑充分混均勻。混料要嚴格控制各組成材料的用量。
③金屬結合劑成形模具 超硬磨料金剛石、CBN磨具成形磨床模具由模套、壓環、心棒、心桿、底板等部分組成。由于超硬磨料砂輪成形壓力在300～500MPa范圍內，且生產批量較小，故成形模具所使用的材料有碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質合金。對于軟金屬青銅、锝粉末盡量選擇碳素工具鋼與合金鋼；對于高密度、高強度、硬度、耐磨性高的磨具，可選用耐熱鋼。成形模具應根據磨具尺寸和形狀來設計其結構尺寸。金剛石磨具坯體尺寸不允許留有余量，故模套內徑尺寸就是制品的外徑尺寸，模套內徑尺寸應保證磨具工作層金剮石的濃度(用量)不變。
④壓制成形工藝包括冷壓成形與熱壓成形工藝法。常選液壓機，加壓方式分為上壓式、下壓式與橫向加壓式。總壓制壓力F可按F—pSK計算，P為油壓機公稱壓力，K為安全系數，取K-1.15-1.50，S為所壓制坯體橫截面積。
⑤燒結工藝超硬磨具燒結所使用的燒結爐多采用電加熱。電加熱方式有碳管電阻加熱、高頻或中頻感應加熱。燒結爐有管式爐、鐘蓋爐、中頻感應爐、內熱電阻爐。燒結中采用中性還原氣氛或固體還原介質保護氣氛，防止燒結過程中超硬磨料氧化。中性氣氛用Nz、CO，真空，還原氣氛有H、CO、烴。固體保護介質主要使用木炭。燒結時要嚴格執行燒結工藝規范(燒結溫度曲線)，也稱燒結制度。燒結溫度曲線由升溫、保溫燒結，冷卻三部分組成。
⑥燒結廢品燒結工藝受結合劑原材料、配混料工藝、成形工藝等諸多因素影響，燒結過程中又發生一系列復雜的物理化學變化，偏離了工藝要求及配方要求，會造成磨具的廢品。常見燒結廢品有裂紋、組織不均、變形、發泡、色澤不均及掉環等。