金刚石制品用FeCuSn基复合合金粉末及其制备方法技术

本发明专利技术的金刚石制品用FeCuSn基复合合金粉末及其制备方法，属于金属材料粉末冶金的技术领域。FeCuSn基复合合金粉末的组分有Fe‑Cu‑Sn预合金粉末和超细添加剂粉末；所述的超细添加剂粉末为Cr

Fecusn based composite alloy powder for diamond products and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
金刚石制品用FeCuSn基复合合金粉末及其制备方法
本专利技术属于金属材料粉末冶金的
，具体涉及一种金刚石制品用的Fe-Cu-Sn三元预合金粉末的成分设计、水雾化制备方法及其与超细Cr3C2、超细Mo2C间的功能化组合应用。
技术介绍
金刚石制品广泛应用于石材加工、陶瓷加工、建筑施工等众多应用领域，其中，金属结合剂制品的消费量约占全部制品消费量的85％左右。金属结合剂按成分类别划分主要有铁基、铜基及钴基，其中钴基结合剂的综合性能最佳，但价格也最为昂贵。铜基结合剂的突出特点是导热快、易于磨损剥落而促进金刚石快速出刃，但对金刚石的润湿性差、把持力不足，工具寿命短。而铁基结合剂的突出优点是价格低，可大幅度降低工具的制作成本；其突出缺点是烧结温度高、烧结胎体耐磨性强、粉末质量稳定性差。目前，铁基金属结合剂分为单质粉末体系及合金粉末体系，单质粉末体系是以Fe粉为主，配合一定比例的Cu、Ni、Sn、Zn粉末，组成单质粉末的混合体系进行烧结，烧结胎体的合金化程度有限，且胎体性能因受多种粉末质量因素的影响而波动，极大的限制了金刚石制品性能的提升。为了提高烧结胎体的合金化程度及机械性能，多种预合金粉末得到了广泛的开发推广，合金粉末的生产方法包括化学共沉淀法、水雾化法及机械球磨法等。化学共沉淀法粉末通常为Fe-Cu-Ni、Fe-Cu-Co等合金体系的超细粉末，专利CN107243644A公布了一种化学共沉淀法制备的Fe-Cu-Ni-Sn四组元预合金粉末，元素配比为48％～50％Cu、28％～30％Fe、8％～10％Ni、8％～10％Sn,合金粉末具有良好的机械性能，但因生产成本较高导致价格偏高，使其应用受限。机械球磨法制备合金粉末，具有设备简单、操作方便、粉末的冷压成型性好等优点。专利CN102133640A公布了一种用铁基预合金粉末制备金刚石刀头的方法，将质量百分比分别为55％～75％的Fe粉、1％～20％的Cu粉、1％～10％的Ni粉、1％～10％的W粉、1％～10％的Mo粉、1％～10％的Ti粉、1％～10％的炭黑、0.5％～10％的B4C粉均匀混合后在惰性气体保护下进行高能球磨,球磨20～40小时,得到铁基预合金粉末，对粉末进行钝化处理并与金刚石混合后高温烧结制备金刚石刀头。但此种方法存在着球磨时间长而导致生产效率低、单批次的生产量小、元素间的互扩散合金化能力有限、球磨后的粉末氧含量高、质量稳定性差等缺点，在工业规模化生产中极少应用。水雾化预合金粉末因批量大、成本低、性能稳定性好而成为市场应用量最大的一类合金产品。在众多的水雾化预合金粉末中，基础的Fe-Cu二元合金粉末，如Fe80Cu20、Fe70Cu30等，价格低，消费量最大。但存在的突出问题是烧结温度高(850℃以上)、烧结胎体的耐磨性过强而影响金刚石的出刃高度，从而极大的限制了金刚石工具锋利度的提升，而锋利度则是金刚石工具的核心性能要素。专利CN106048393A公开了一种金刚石工具用胎体粉末中加入少量Cr、Zr的FeCu30水雾化预合金粉末的制备方法，先在石墨坩埚中熔化铜、锆而制备铜-锆合金锭，再将纯铁、铜块及预制的铜-锆合金锭块在中频感应炉中加热熔化，然后采用水雾化装备及工艺制取FeCu30预合金粉末。此方法中的铬、锆均为易氧化元素，在水雾化制粉过程中极易氧化而导致粉末的质量稳定性难以控制，同时，此种预合金粉末仍存在烧结温度高、金刚石工具锋利度的调整难度大的问题，这也是此类粉末在金刚石制品行业中存在的普遍问题，亟待解决。因此，降低烧结温度，改变Fe-Cu类水雾化预合金粉末的物相结构，在保持烧结胎体具有合适的致密度、烧结强度而不失胎体对金刚石的把持力的前提下，弱化胎体的磨损性，提高金刚石的快速出刃能力，从而提高金刚石制品的锋利度，是Fe-Cu类水雾化预合金粉末需要克服的应用瓶颈和今后的重点发展方向。本专利技术在Fe-Cu二元水雾化预合金粉末中添加适当比例的Sn，可以显著降低烧结温度、弱化胎体磨损性而促进金刚石快速出刃，提高金刚石工具的锋利度，但也存在着烧结胎体易于发生粉末烧结粗化长大，又会引发因胎体组织晶粒粗大而增加耐磨性的倾向，进而影响工具锋利度的提升。为此，将Fe-Cu-Sn三组元水雾化预合金粉末与一定比例的超细Cr3C2和Mo2C混配应用，超细碳化物可以弥散细化烧结胎体，阻止合金粉末颗粒间的烧结粗化，保持三元合金粉末既有的易磨损特性而有利于提高金刚石工具的锋利度。由此，实现Fe-Cu-Sn三元水雾化预合金粉末与超细Cr3C2、Mo2C的功能化组合，满足金刚石制品行业对工具锋利度提升的发展需求。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种Fe-Cu-Sn三组元水雾化预合金粉末与超细Cr3C2、超细Mo2C的功能化组合的设计及其生产方法。本专利技术采用的技术解决方案是：一种用于金刚石制品的Fe-Cu-Sn预合金粉末，包括以下组分：重量份数为64％～77％Fe、20％～30％Cu、3％～6％Sn；然后将占总重量份数1％～5％的粒度为2～4μm的超细(Cr3C2、Mo2C粉末与Fe-Cu-Sn三组元水雾化预合金粉末一同混配均匀，形成可有效调节烧结胎体磨损性的功能化粉末组合体。具体的技术方案如下。一种金刚石制品用FeCuSn基复合合金粉末，其特征在于，组分有Fe-Cu-Sn预合金粉末和超细添加剂粉末；所述的Fe-Cu-Sn预合金粉末，按重量份数为64％～77％Fe、20％～30％Cu、3％～6％Sn；所述的超细添加剂粉末，为Cr3C2或/和Mo2C，占FeCuSn基复合合金粉末总重量的1％～5％。所述的超细添加剂粉末，粒度为2～4μm。所述的Cr3C2和Mo2C，按重量计Cr3C2大于等于FeCuSn基复合合金粉末总量的0.2％，余量为Mo2C。一种金刚石制品用FeCuSn基复合合金粉末的制备方法，包括以下步骤：依次将Fe、Cu、Sn加入到中频感应熔炼炉中,通电熔炼，加入熔炼物总重量0.2％的碳粉进行熔炼脱氧，调整钢液过热度为150～200℃时，倾倒入中间包中，钢液通过包底漏眼后所形成的液流柱被高压水击碎，在充有氮气保护的条件下雾化成粉末，雾化结束后的粉末用真空抽滤脱水，装入干燥箱内干燥3～8小时，然后用氢氮混合气还原，将还原后粉末用筛网进行筛分，筛下物装入粉末合批机中进行充分混合；添加超细添加剂粉末Cr3C2或/和Mo2C在三维混料机中混配均匀，得到FeCuSn基复合合金粉末。所述的氢氮混合气还原，在步进式推舟还原炉中进行；所述的氢氮混合气，氢气占的体积比为75％；所述的氢氮混合气还原温度为620～750℃。所述的步进式推舟还原炉中推舟量为5～10kg/舟，推进速度为5～10分钟/舟。所述的筛网为300目筛网。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种金刚石工具用Fe-Cu-Sn预合金粉末及其制备方法，本专利技术采用高温液态熔炼及高压水雾化方法，生产制备三组元铁基预合金粉末，在粉末颗粒内部形成Fe、Cu、Sn原子团簇的均匀机械混合体，以Fe为主，可降低生产成本；软质Cu相即可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金刚石制品用FeCuSn基复合合金粉末，其特征在于，组分有Fe-Cu-Sn预合金粉末和超细添加剂粉末；所述的Fe-Cu-Sn预合金粉末，按重量份数为64％～77％Fe、20％～30％Cu、3％～6％Sn；所述的超细添加剂粉末，为Cr

【技术特征摘要】
1.一种金刚石制品用FeCuSn基复合合金粉末，其特征在于，组分有Fe-Cu-Sn预合金粉末和超细添加剂粉末；所述的Fe-Cu-Sn预合金粉末，按重量份数为64％～77％Fe、20％～30％Cu、3％～6％Sn；所述的超细添加剂粉末，为Cr3C2或/和Mo2C，占FeCuSn基复合合金粉末总重量的1％～5％。


2.根据权利要求1所述的金刚石制品用FeCuSn基复合合金粉末，其特征在于，所述的超细添加剂粉末，粒度为2～4μm。


3.根据权利要求1或2所述的金刚石制品用FeCuSn基复合合金粉末，其特征在于，所述的Cr3C2和Mo2C，按重量计Cr3C2大于等于FeCuSn基复合合金粉末总量的0.2％，余量为Mo2C。


4.一种权利要求1的金刚石制品用FeCuSn基复合合金粉末的制备方法，有以下步骤：依次将Fe、Cu、Sn加入到中频感应熔炼炉中，通电熔炼，加入熔炼物总重量0.2％的碳粉进行熔炼脱氧，调整钢液过热度为150～200℃时，倾...

【专利技术属性】
技术研发人员：董书山，李鹏旭，徐航，董欣然，陶强，朱品文，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22