一种金刚石工具用铁基胎体及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种金刚石工具用铁基胎体及制备方法，该金刚石工具用铁基胎体的合金表达式为FeaCubZncSnd，合金表达式中a、b、c和d分别表示各对应组分的质量百分比含量，且满足以下条件：a为60～75，b为15～25，c为3～15，d为1～5，a+b+c+d=100；其制备方法为各组分合金粉末在热压烧结机中热压制备金刚石工具用铁基胎体；该金刚石工具用铁基胎体成分设计合理，铜元素与锌元素容易反应形成合金，铁基胎体合金化程度高、胎体硬度较高且抗弯强度较高，综合性能优异。

A ferrous matrix for diamond tools and its preparation method

The present invention relates to an iron-based matrix for diamond tools and its preparation method. The alloy expression of the iron-based matrix for diamond tools is FeaCubZncSnd. In the alloy expression, a, b, C and d represent the mass percentage content of each corresponding component respectively, and satisfy the following conditions: A is 60-75, B is 15-25, C is 3-15, D is 1-5, a+b+c+d=100; the preparation method is alloy of each component. Iron-based matrix for diamond tools is prepared by hot pressing powder in Hot-pressing Sintering machine. The composition of iron-based matrix for diamond tools is reasonably designed. Copper and zinc elements are easy to react to form alloys. Iron-based matrix has high alloying degree, high hardness and flexural strength, and excellent comprehensive properties.

【技术实现步骤摘要】
一种金刚石工具用铁基胎体及制备方法
本专利技术属于金刚石工具领域，具体涉及一种金刚石工具用铁基胎体及制备方法。
技术介绍
金刚石工具是指用胎体材料与金刚石的颗粒或粉末相结合的一类工具产品。金刚石工具具有耐高温、高硬度、韧性好、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、低膨胀系数等优点，可以应用于高硬度、高脆性材料例如石材、混凝土等材料的切削及磨削精密加工，也可应用于如石墨、高耐磨材料、复合材料、高硅铝合金及其它韧性有色金属材料的生产加工。在现代工业生产中金刚石工具有着广泛的用途，金刚石工具主要被用作磨具、锯切工具、钻探工具等。许多研究结果表明金刚石工具的胎体材料性能最优的为钴基胎体，但是钴的市场价格昂贵，所以多数研究人员致力于以铁基胎体代替钴基胎体。金刚石工具对胎体材料的性能要求主要有：结合力，胎体材料要有足够的把持力牢固结合金刚石颗粒，保证金刚石工具的质量；耐磨性，胎体材料要有一定的耐磨性来保证金刚石颗粒不至于过早暴露而加大损耗；抗弯强度，胎体材料有一定的抗弯强度能够保证金刚石工具不易变形。近年来铁基胎体的研发和应用进展较快，在许多应用领域内铁基胎体已经取代了钴基胎体。但是，金刚石用铁基胎体还存在许多缺点，想要更广泛应用还需要解决诸多问题，如磨损、烧结保温温度、胎体韧性、抗弯强度等问题。胎体材料的耐磨性与硬度有一定的关系，一般情况下胎体材料越硬，其耐磨性越好。金刚石工具用胎体性能与其合金成分有着密切的关系，通过改进胎体合金成分获得性能优良的胎体材料，有利于提高金刚石工具的质量和促进金刚石工具的广泛应用。
技术实现思路
本专利技术要解决传统的金刚石工具用胎体硬度低、耐磨性差和抗弯强度低的问题。为解决上述问题，本专利技术提供一种新型金刚石工具用铁基胎体。本专利技术的目的是以下述方式实现的：一种金刚石工具用铁基胎体，它的合金表达式为FeaCubZncSnd，合金表达式中a、b、c和d分别表示各对应组分的质量百分比含量，且满足以下条件：a为60～75，b为15～25，c为3～15，d为1～5，a+b+c+d=100。如上所述的金刚石工具用铁基胎体，合金表达式中a为65～73。如上所述的金刚石工具用铁基胎体，合金表达式中c为4～12。如上所述的金刚石工具用铁基胎体，合金表达式中c为6～11。如上所述的金刚石工具用铁基胎体，它的合金表达式为Fe70Cu20Zn8Sn2。如上所述的金刚石工具用铁基胎体，它的合金表达式为Fe68Cu20Zn10Sn2。作为更详细的示例，本专利技术金刚石工具用铁基胎体的制备方法，包括以下步骤：（1）选取纯度为99.99wt%的Fe粉、纯度为99.99wt%的Cu粉、纯度为99.99wt%的Zn粉、纯度为99.99wt%的Sn粉作为原料，按照FeaCubZncSnd合金表达式的质量百分比进行配料；（2）将配制完成的合金粉末放入混料罐中，在混料机中进行混料50～80min,混料机的转速为10～60r/min；（3）混料完成后合金粉末在热压烧结机中热压制备金刚石工具用铁基胎体。如上所述的金刚石工具用铁基胎体的制备方法，在步骤（3）中，金刚石工具用铁基胎体的热压终点温度范围为720～820℃。相对于现有技术，本专利技术金刚石工具用铁基胎体成分设计合理，铜元素与锌元素容易反应形成合金，铁基胎体合金化程度高、胎体硬度较高且抗弯强度较高，综合性能优异。附图说明图1是实施例1中Fe70Cu20Zn8Sn2铁基胎体材料在500倍金相显微镜下的金相组织照片；图2是实施例2中Fe68Cu20Zn10Sn2铁基胎体材料在500倍金相显微镜下的金相组织照片；图3是实施例2中Fe68Cu20Zn10Sn2铁基胎体材料面扫描区域铁元素分布图；图4是实施例2中Fe68Cu20Zn10Sn2铁基胎体材料面扫描区域铜元素分布图；图5是实施例2中Fe68Cu20Zn10Sn2铁基胎体材料面扫描区域锌元素分布图；图6是实施例2中Fe68Cu20Zn10Sn2铁基胎体材料面扫描区域锡元素分布图；图7是对比例中Fe72Cu20Zn6Sn2铁基胎体材料在500倍金相显微镜下的金相组织照片。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不局限于此。实施例1一种金刚石工具用铁基胎体，其合金表达式为Fe70Cu20Zn8Sn2。1.作为更详细的示例，本专利技术金刚石工具用铁基胎体的制备方法，包括以下步骤：（1）选取纯度为99.99wt%的Fe粉、纯度为99.99wt%的Cu粉、纯度为99.99wt%的Zn粉、纯度为99.99wt%的Sn粉作为原料，热压模具规格为40mm×8mm×3.5mm，计算可得胎体体积为1120mm3，按照Fe70Cu20Zn8Sn2合金表达式的质量百分比进行配料，根据以上条件可计算出所需的铁、铜、锌和锡粉末重量，其中铜粉的粒度为300目，其余金属粉原料都为200目；（2）将称量好的金属粉末后倒入混料罐中，将混料罐密封后放入自动混料机中加装夹具将混料罐固定，设定混料时间为70min，混料机的转速为30r/min,混料完成后将混合均匀的粉料倒入准备好的样品袋中，编号并且密封；（3）混料完成后合金粉末在热压烧结机中热压制备金刚石工具用铁基胎体。热压制备金刚石工具用铁基胎体的步骤大致如下：a.压制前需要进行装模，石墨模具的固定借助模框来完成，石墨模具的腔体决定胎体的成型。首先加装石墨模具，将长度短的下石墨片与长度长的石墨挡板交错排放，然后四周放好石墨挡板，再次固定石墨模具，将装好的模具放入模框中，在模框中具有螺钉的两面放置好金属挡板，另外在模框与模具之间、金属挡板与模具之间放置一块石棉板用来隔热。将称量完成的金属粉料加入模具型腔中并铺平，然后加装模具的上压头石墨片，最后用扳手拧紧模框的螺钉完成装模；b.打开热压机的冷却液，然后开启热压机，在热压机控制面板设置热压过程工艺参数。将装配完成的模具下方放一块正方形石墨块作为支撑并放入加热腔中，放置模具时需保证整个模具在石墨块上，如果模具边缘超出石墨块会导致靠近边缘的胎体受力不均而不能成功压制胎体材料，然后关上炉门并调节红外感应仪的测温光线使其对准模具的测温孔，最后启动程序进行压制。热压烧结机设定的程序运转完成后，打开加热腔取出热压完成的胎体材料。热压烧结机的工作原理和注意事项：本次试验所用到的热压烧结机主要组成部分为机体、冷却装置、显示装置，热压烧结机的工作温度范围在400-1000℃，压制过程为程序自动控制，压制工艺参数需人为设定，下表1为热压工艺参数设置情况,热压终点温度设定为780℃。铁基胎体通过模具压制成型，模具的材料为石墨，而石墨可以导电，热压烧结机的加热原理是通过电阻材料的通电生热来实现的，在加热炉腔中有上下两块电极板，位于下方的电极板固定不动，位于上方的电极板可液压传动，当上下两块电极板加持模具时，模具即可通电发热，其加压原理是通过上电极板的液压传动来实现的。另外，在加热炉腔的左侧设有一红外温度感应器，热压烧结机通过红外温度感应器来控制烧结过程，与热压烧结机相配合的冷却装置，在热压前必须开启，否则热压烧结机会因为长时间工作而发生故障。表1热压烧结工艺参数设置2.Fe70Cu20Zn8Sn2铁基胎体失重及流料测试：铁基胎体由于其独特的成分组成，胎体中的低熔点金属容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金刚石工具用铁基胎体，其特征在于，它的合金表达式为FeaCubZncSnd，合金表达式中a、b、c和d分别表示各对应组分的质量百分比含量，且满足以下条件：a为60～75，b为15～25，c为3～15，d为1～5，a+b+c+d=100。

【技术特征摘要】
1.一种金刚石工具用铁基胎体，其特征在于，它的合金表达式为FeaCubZncSnd，合金表达式中a、b、c和d分别表示各对应组分的质量百分比含量，且满足以下条件：a为60～75，b为15～25，c为3～15，d为1～5，a+b+c+d=100。2.根据权利要求1所述的金刚石工具用铁基胎体，其特征在于，所述合金表达式中a为65～73。3.根据权利要求1所述的金刚石工具用铁基胎体，其特征在于，所述合金表达式中c为4～12。4.根据权利要求1所述的金刚石工具用铁基胎体，其特征在于，所述合金表达式中c为6～11。5.根据权利要求1所述的金刚石工具用铁基胎体，其特征在于，它的合金表达式为Fe70Cu20Zn8Sn2。6.根据权利要求1所述的金刚石工具用铁基胎体，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张济洲，史光远，黄小婷，刘士磊，
申请(专利权)人：中原工学院，
类型：发明
国别省市：河南,41