一种用于金刚石工具的超细多元预合金粉末及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于金刚石工具的超细多元预合金粉末，由以下质量百分数的组分组成：铜：10～30％，锌：20～40％，钛：2～6％，锆：0.5～1.5％，硼：0.005～0.025％，硅：0.4～2％，余量为铁及不可避免的杂质元素；本发明专利技术还公开了该超细多元预合金粉末的制备方法，先将金属组分原料混合、球磨，再将全部物料熔融、浇注，经高压水气雾化成粉末后，用氢氮混合气还原、低温保温、筛分。本发明专利技术制得的超细多元预合金粉末晶粒度细小，合金元素均匀化，易于压制成型，降低了烧结温度，改善合金的机械强度，烧结后致密度及硬度均较高，对于提高金刚石工具的性能具有促进作用。性能具有促进作用。性能具有促进作用。

【技术实现步骤摘要】
一种用于金刚石工具的超细多元预合金粉末及其制备方法


[0001]本专利技术属于粉末冶金
，具体涉及一种用于金刚石工具的超细多元预合金粉末及其制备方法。

技术介绍

[0002]自人造金刚石出现以来，金刚石工具开始被广泛应用于材料加工和地质钻探。随着我国钻探、石材等要求的提高，材料加工朝着精加工方向发展，这就对金刚石工具提出更高的要求。由于现在人造金刚石主要是细小颗粒状，一般需要将金刚石颗粒和胎体粉末混合烧结后才能得以使用。在金刚石工具中，金刚石是切削元件，胎体主要发挥了两方面的作用：一是把持作用，胎体通过机械包镶、冶金结合等方式分散把持金刚石，同时提供与工作对象相匹配的磨损率以保证在工作时金刚石的出刃率，进而确保工作效率；二是散热作用，加工过程中会因磨削导致工作区域内温度急剧升高，需要将热量及时散开，避免损坏材料。因此，金刚石能否充分有效利用起决定性的作用是胎体，而胎体的性能主要取决于胎体的材料，胎体材料的包镶能力、出刃能力及散热能力等特性，直接决定了金刚石工具的加工效率和使用寿命。
[0003]目前，胎体主要有金属、树脂和陶瓷材料，其中金属胎体材料以优异的综合性能而得到广泛应用。金属胎体主要包含骨架材料及粘结剂等成分，骨架材料主要是在胎体中以硬质点的形式起支撑作用，而粘结剂是固结把持金刚石磨粒，保证金刚石发挥功效的主要功能相，需要在较高温度下进行烧结致密化与合金化。在传统的金刚石工具行业中，粘结剂使用单质混合粉末，这对调整胎体整体成分的比例有利，但烧结温度高，粉末表面易氧化，烧结后材料晶粒较为粗大，胎体成分不均匀、多为伪合金。为进一步提高金刚石工具的力学性能，延长使用寿命，人们开始研究使用预合金粉末作为粘结剂。相比于单质金属粉末混合，采用预合金粉末，避免了出现比重偏析、低熔点金属先熔、富集、流失等问题。在金刚石工具制造中，钴(Co)是优秀的粘结剂金属，Co与常见的骨架材料碳化钨(WC)在1500℃下表现出完全润湿，对金刚石的包镶力很好，加上Co具有很好的合金化程度和力学性能，使得WC
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Co基金刚石工具具有良好的耐磨性、自锐性和高温性能，但是Co的价格昂贵且资源匾乏，限制了其应用。低Co或无Co预合金粉成为金刚石制品领域的研究趋势。
[0004]铁(Fe)与Co是同一副族，Fe的结构和很多性能与Co相近，并且Fe的资源丰富、价格便宜，但由于Fe基粘结剂易粘结磨损，且易侵蚀金刚石，影响工具锋利度，在金刚石复合材料中Fe基粘结剂仍处在发展阶段。预合金粉末的工程应用效果，取决于粉末烧结体组织结构所决定的性能特点。现有文献公开了制备Fe
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Ni
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Cu、Fe
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Ni
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Cu
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Sn、Fe
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Cu
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Co等预合金粉末，其烧结后的胎体具有较高的弯曲强度、硬度和致密度。基于申请人前期的研究，发现Fe
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Cu基预合金粉体中添加锌(Zn)可以降低合金的熔点，改善组织的均匀化和合金化程度，同时还可以对合金中的铜(Cu)起到固溶强化作用，但会降低合金的强度及耐磨性；虽然Fe
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Cu
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Zn基预合金粉粒度分布均匀，可阻止后续烧结过程中Zn元素的流失，但高温烧结时对于金刚石的石墨化问题仍没有完全解决。目前，关于Fe基预合金粉研究存在的技术难点仍是
如何提高Fe基粉末的烧结活性，同时克服高温氧化及成分不均匀问题，使其能够有效润湿金刚石，减免烧结过程中金刚石表面的石墨化。

技术实现思路

[0005]基于现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供了一种用于金刚石工具的超细多元预合金粉末，通过多元组合来提高锌的利用率，降低超细多元预合金粉末的烧结温度，改善烧结后的机械强度，提高对金刚石的把持力；本专利技术还公开了用于金刚石工具的超细多元预合金粉末的制备方法，采用机械研磨与高压水气雾化相联合，保证了成分均匀化和颗粒度细化。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种用于金刚石工具的超细多元预合金粉末，由以下质量百分数的组分组成：铜(Cu)：10～30％，锌(Zn)：20～40％，钛(Ti)：2～6％，锆(Zr)：0.5～1.5％，硼(B)：0.005～0.025％，硅(Si)：0.4～2％，余量为铁(Fe)及不可避免的杂质元素。
[0008]优选地，所述用于金刚石工具的超细多元预合金粉末，由以下质量百分比的组分组成：铜：10～20％，锌：25～30％，钛3～5％，锆：0.5～1.5％，硼：0.01～0.02％，硅：0.4～2％，余量为铁及不可避免的杂质元素；其中，铁与锌的质量比控制为1:0.4～0.6。
[0009]进一步，所述组分硼采用硼含量为1～20wt％的硼铁粉作为硼原料，所述组分硅采用硅含量为40～80wt％的硅铁粉作为硅原料。
[0010]上述用于金刚石工具的超细多元预合金粉末的制备方法，包括以下步骤：
[0011](1)准备各组分原料，按照质量百分数称取各组分原料，将铜、锌原料制备成铜锌合金粉；
[0012](2)在保护气氛下，将铁、锆、钛原料及步骤(1)所得铜锌合金粉混合、球磨2～4小时，得到中间合金粉；
[0013](3)在保护气氛下，将步骤(2)所得中间合金粉加热至完全熔化，加入硼原料及硅原料，然后以3～10℃/min升温至1000～1200℃，搅拌2～5分钟后，保温静置2～5分钟，除渣，得到中间合金液；
[0014](4)将步骤(3)所得中间合金液升温至1300～1500℃进行浇注，经高压水气雾化成粉末，干燥后，在氢氮混合气氛下先于400～500℃还原3～5小时，再于200～300℃保温2～3小时，然后冷却至室温，经筛分，即得粒度为500～600目的超细多元预合金粉末。
[0015]优选地，步骤(1)中所述铜锌合金粉的制备步骤如下：在氮气氛围下，将铜原料于1000～1200℃加热至完全熔化，加入锌原料，然后以3～10℃/min降温至800～900℃，搅拌5～15分钟后，保温静置2～5分钟，除渣，得到铜锌合金液；将铜锌合金液升温至950～1050℃进行浇注，经高压水气雾化成粉末，在氮气气氛下烘干、筛分，即得。
[0016]进一步，所述高压水气雾化时，控制铜锌合金液的浇注速度为8～12kg/min、水压为80～100MPa、氮气流量为45～60L/min；所述烘干控制温度为100～150℃、时长为2～4小时。
[0017]优选地，步骤(2)中所述球磨时球料比为8～20:1，以无水乙醇为助磨剂，球磨转速300～600r/min，球磨后于60～90℃干燥。
[0018]优选地，步骤(2)及步骤(3)中所述保护气氛均采用惰性气体。
[0019]优选地，步骤(4)中所述高压水气雾化时，控制中间合金液的浇注速度为8～12kg/min、水压为90～120MPa、氮气流量为50～65L/min。
[0020]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于金刚石工具的超细多元预合金粉末，其特征在于，由以下质量百分数的组分组成：铜：10～30％，锌：20～40％，钛：2～6％，锆：0.5～1.5％，硼：0.005～0.025％，硅：0.4～2％，余量为铁及不可避免的杂质元素。2.根据权利要求1所述用于金刚石工具的超细多元预合金粉末，其特征在于：所述组分硼采用硼含量为1～20wt％的硼铁粉作为硼原料，所述组分硅采用硅含量为40～80wt％的硅铁粉作为硅原料。3.根据权利要求1或2所述用于金刚石工具的超细多元预合金粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)准备各组分原料，按照质量百分数称取各组分原料，将铜、锌原料制备成铜锌合金粉；(2)在保护气氛下，将铁、锆、钛原料及步骤(1)所得铜锌合金粉混合、球磨2～4小时，得到中间合金粉；(3)在保护气氛下，将步骤(2)所得中间合金粉加热至完全熔化，加入硼原料及硅原料，然后以3～10℃/min升温至1000～1200℃，搅拌2～5分钟后，保温静置2～5分钟，除渣，得到中间合金液；(4)将步骤(3)所得中间合金液升温至1300～1500℃进行浇注，经高压水气雾化成粉末，干燥后，在氢氮混合气氛下先于400～500℃还原3～5小时，再于200～300℃保温2～3小时，然后冷却至室温，经筛分，即得粒度为500～600目的超细多元预合金粉末。4.根据权利要求3所述用于金刚石工具的超细多元预合金粉末的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述铜锌合金粉的制备步骤如下：在氮气氛围下，将铜原料于1000～1200℃加热至完全熔化，加入锌原料，然后以3～10℃/min降温...

【专利技术属性】
技术研发人员：张世锋，陈治强，武玺旺，苏志霞，刘林，张军锋，郑直，张伟，赵志伟，刘咏，吴深，赵小苗，
申请(专利权)人：河南黄河旋风股份有限公司，
类型：发明
国别省市：