用于金刚石制品的FeCuNiSn系合金粉末及其制备方法技术

本发明专利技术的用于金刚石制品的FeCuNiSn系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。所述的FeCuNiSn系合金粉末，组分有Fe‑Cu‑Ni‑Sn预合金粉末和Cr

Fecuninsn alloy powder for diamond products and its preparation

【技术实现步骤摘要】
用于金刚石制品的FeCuNiSn系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
，具体涉及一种用于金刚石制品的水雾化Fe-Cu-Ni-Sn预合金粉末的成分设计、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，按原材料的制备方式划分则主要分为单质粉末与合金粉末，而合金粉末按制备方法又可分为水雾化粉末、化学法粉末、机械球磨粉末等，其中水雾化预合金粉末是应用量最大的一种。金刚石制品的核心切削元件是金刚石单晶，而金刚石单晶能否正常发挥功效则主要取决于两个方面：一是烧结胎体对其所具有的固结能力—把持力，二是金刚石能否顺利出刃—合适的胎体磨损性。在单质粉末体系中，钴基性能最佳，但价格昂贵，着力发展铁基结合剂是全球金钢石制品行业的发展趋势；但现存的铁基单质粉末体系存在着粉末粒度粗、质量稳定性差、烧结合金化不足等缺点，最突出的问题是烧结胎体对金刚石的把持力与磨损性间存在着很大的协调矛盾：若着力增强把持力，则胎体过于耐磨，金刚石不易出刃，工具的锋利度不足；若弱化胎体磨损性来提高锋利度，则胎体对金刚石的把持力随之下降，工具的寿命大幅度降低。为了克服单质粉末体系的缺陷，提高金属结合剂烧结胎体的合金化能力、对金刚石的把持力、润湿性，并显著改善胎体与金刚石间的磨损适配性，预合金粉末应运而生，其生产方法有化学共沉淀法、水雾化/气雾化法及机械球磨法等。化学共沉淀法预合金粉末具有粒度细、烧结活性高、合金化能力强等优点，但存在着生产成本高、价格贵、可用元素种类有限等缺点，特别是生产过程中的残余物污染严重，受环保控制的限制较大。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，但因生产成本较高而使其应用受限。机械球磨制备合金粉末的合金化方法具有设备简单、元素间的自由组配空间大、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。因此，提高生产效率及合金化能力、保持规模化生产的产品质量稳定性、降低金刚石制品的烧结温度、有效改善金刚石制品的锋利度、拓展单品种预合金粉末的应用广谱性，对预合金粉末的规模化推广应用及提高金刚石制品的品质具有重要的工程应用价值。水雾化预合金粉末具有生产效率高、生产成本低、生产过程基本无环境污染、合金化元素的种类多且成分比例任意可调、粉末烧结体的综合机械性能高等诸多优点，因而已发展消费量最大的一类合金粉末。以Fe-Cu二元基础粉水雾化预合金粉末具有成分简单、性能稳定、通用性强等优点，广泛应用于各类金刚石制品，但存在着烧结温度高、胎体耐磨性高而导致锋利度调整难度大的弱点。专利CN106048393A公开了一种金刚石制品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，此种预合金粉末仍需进行高温烧结而不易调整金刚石工具的锋利度。因此，本专利技术在Fe-Cu基础合金中添加适当比例的Ni和Sn，以降低烧结温度、改善胎体对金刚石的润湿性、改变胎体磨损性、提高胎体的综合机械性能，则可在保证胎体对金刚石具有足够把持力的条件下，显著改善胎体的磨损性而促进金刚石快速出刃，明显提高金刚石制品的锋利度，满足以锋利度为主的高性能金刚石制品的发展需求。而超细Cr3C2、超细Mo2C的复合加入，首先，可以弥散细化烧结胎体，阻止水雾化合金粉末颗粒间的烧结重结晶粗化长大，改变胎体磨损形式而有利于提高金刚石制品的锋利度；其次，超细Mo2C可以提高烧结胎体的耐磨损性能，在改善金刚石制品锋利度的同时而提高制品的使用寿命；再次，可以提高烧结胎体的红硬性而提高金刚石制品的干切/干磨性能。由此，实现Fe-Cu-Ni-Sn四元水雾化预合金粉末与超细Cr3C2、超细Mo2C粉末间的功能化组合，满足不同应用领域对金刚石制品的干切/干磨、高效加工的发展需求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种用于金刚石制品的Fe-Cu-Ni-Sn四组元预合金粉末和用于金刚石制品的FeCuNiSn系合金粉末，提供这两种粉末的生产方法，达到提高烧结胎体的致密度，提高胎体对金刚石的把持力，以及提高金刚石制品锋利度的目的。本专利技术用于金刚石制品的Fe-Cu-Ni-Sn四组元预合金粉末及其制备方法的技术方案如下所述。一种用于金刚石制品的Fe-Cu-Ni-Sn四组元预合金粉末，其特征在于，Fe-Cu-Ni-Sn四组元预合金粉末组分按重量份数为41％～51％Fe、40％～43％Cu、5％～8％Ni、4％～8％Sn。一种用于金刚石制品的Fe-Cu-Ni-Sn四组元预合金粉末的制备方法，有以下步骤：依次将Fe、Ni、Cu、Sn加入到中频感应熔炼炉中,通电熔炼，用加入碳粉的方式脱氧，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，将还原后粉末进行筛分(筛分可以使用325目的筛网)，筛下物装入粉末合批机中进行充分混合，得到Fe-Cu-Ni-Sn四组元预合金粉末。所述的氢氮混合气还原，是在步进式推舟还原炉中进行的，还原温度为600～750℃；推舟量为5～10kg/舟，推进速度为5～10分钟/舟；所述的氢氮混合气中氢气占的体积比为75％。有益效果是：本专利技术采用高温液态熔炼及高压水雾化方法，生产制备四组元铁基预合金粉末，在粉末颗粒内部形成Fe、Cu、Ni、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相即可弱化粉末烧结体的耐磨性而有利于提高锋利度，又可降低烧结温度；Ni的引入可有效改善含Cu胎体对金刚石的润湿性，并提高烧结胎体的致密度、抗弯强度，提高胎体对金刚石的把持力；低熔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于金刚石制品的Fe-Cu-Ni-Sn四组元预合金粉末，其特征在于，Fe-Cu-Ni-Sn四组元预合金粉末组分按重量份数为41％～51％Fe、40％～43％Cu、5％～8％Ni、4％～8％Sn。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于金刚石制品的Fe-Cu-Ni-Sn四组元预合金粉末，其特征在于，Fe-Cu-Ni-Sn四组元预合金粉末组分按重量份数为41％～51％Fe、40％～43％Cu、5％～8％Ni、4％～8％Sn。


2.一种权利要求1所述的用于金刚石制品的Fe-Cu-Ni-Sn四组元预合金粉末的制备方法，有以下步骤：依次将Fe、Ni、Cu、Sn加入到中频感应熔炼炉中,通电熔炼，用加入碳粉的方式脱氧，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，将还原后粉末进行筛分，筛下物装入粉末合批机中进行充分混合，得到Fe-Cu-Ni-Sn四组元预合金粉末。


3.按照权利要求2所述的用于金刚石制品的Fe-Cu-Ni-Sn四组元预合金粉末的制备方法，其特征在于，所述的氢氮混合气还原，是在步进式推舟还原炉中进行的，还原温度为600～750℃，推舟量为5～10kg/舟，推进速度为5～10分钟/舟；所述的氢氮混合气，氢气占的体积比为75％。


4.一种用于金刚石制品的FeCuNiSn系合金粉末，组分有Fe-Cu-Ni-Sn预合金粉末和超细添加剂粉末；其特征在于，所述的Fe-Cu-Ni-Sn预合金粉末，按重量百分数是41％～51％Fe、40％～43％Cu、5％～8％Ni、4％～8％Sn；所述的超细添加剂粉末，是Cr3...

【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