專利名稱：一種預(yù)合金胎體粉末的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冶金粉末，特別是用于制造金剛石工具的預(yù)合i^臺(tái)體粉末，屬粉末冶 金材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇，石材、工程建筑行業(yè)對(duì)降低成本、提高效率的要求日益強(qiáng)烈，國(guó) 內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)高性能金剛石工具的需求迅速上升。制造金剛石工具的方法是先將金剛石與金 屬粉木混合，然后將此混合物冷壓成形，再加壓或不加壓燒結(jié)成緊密的固結(jié)塊。其中，金 屬粉末作為刀具胎體粘結(jié)劑把持金剛石，其原料成分及粒度等因素會(huì)對(duì)金剛石刀具性能產(chǎn) 生重要影響。
通常要求金屬粉末應(yīng)具有良好的燒結(jié)反應(yīng)活性。良好的燒結(jié)反應(yīng)活性意味著金屬粉末 能在相對(duì)較低的溫度下燒結(jié)接近理論密度，或是燒結(jié)達(dá)到理論密度只需要很短的燒結(jié)時(shí)
間。高的燒結(jié)溫度會(huì)導(dǎo)致以下主要缺點(diǎn)燒結(jié)模具壽命降低、金剛石降解和高的能耗。良 好的燒結(jié)活性其最高燒結(jié)溫度應(yīng)不超過(guò)85(TC。燒結(jié)活性可用得到的相對(duì)密度來(lái)表征一
般來(lái)說(shuō)，相對(duì)燒結(jié)密度達(dá)到98%或以上可被認(rèn)為接近理論密度。影響燒結(jié)反應(yīng)活性的首
要因素是粉末的成分。選擇粉末成分不僅要考慮對(duì)燒結(jié)體性能，尤其是硬度、耐磨性的要 求，而且要兼顧成本因素。影響粉末燒結(jié)活性的第二個(gè)重要因素是粉末的粒度，在其他條 件相同的情況下，細(xì)的粉末的燒結(jié)活性明顯優(yōu)于粗的粉末。另外一個(gè)因素就是粉末表面的 氧化，由于粉末粒度細(xì)，表面活性高，暴露在空氣中，就會(huì)很容易發(fā)生氧化，從而在粉末 顆粒表面形成氧化物層，進(jìn)而阻止燒結(jié)反應(yīng)的進(jìn)行，因此降低了粉末的燒結(jié)反應(yīng)活性。 目前，金剛石工具中應(yīng)用最多的金屬基粘結(jié)劑粉末是超細(xì)鈷粉，它的費(fèi)氏粒度小于
7pm。其他常用的金屬粉末還有細(xì)金屬粉末的混合物和較粗的預(yù)合金粉末(中位徑小于 40pm)。金剛石鋸片在使用過(guò)程中，難免會(huì)出現(xiàn)局部溫度過(guò)高的現(xiàn)象，從技術(shù)角度看，鈷 基胎體具有紅硬性好的優(yōu)勢(shì)，使用細(xì)的鈷粉對(duì)金剛石工具帶來(lái)了很好的結(jié)果，但其缺點(diǎn)是 鈷粉較高的價(jià)格和強(qiáng)烈的價(jià)格波動(dòng)，同時(shí)，鈷也被懷疑對(duì)環(huán)境造成危害。而使用細(xì)的金屬粉末的混合粉做為粘結(jié)劑粉末時(shí)，由于混合粉末的均勻性對(duì)最終工具的機(jī)械性能有實(shí)質(zhì)性 影響，所得到的燒結(jié)塊的硬度、強(qiáng)度和耐磨損性能都相對(duì)較低。使用粗的預(yù)合金粉末時(shí)， 一般需要大約900 100(TC的燒結(jié)溫度，在這個(gè)溫度下，金剛石會(huì)發(fā)生明顯的降解一一即
所謂的石墨化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明用于克服已有技術(shù)的缺陷而提供一種具有優(yōu)良的成分均勻性和足夠的燒結(jié)反 應(yīng)活性，同時(shí)能對(duì)金剛石提供足夠把持力的預(yù)合金胎體粉末。 本發(fā)明所稱問(wèn)題是以下述技術(shù)方案解決的
一種預(yù)合金胎體粉末，其特別之處是它山下述重量單位的原料組成Fe 50-70， Co 10-20， Cu 10-20， Nil-5， Sn 1-5， Pl-3， WC 5-10。
上述預(yù)合金胎體粉末，它由下述重量單位的原料組成Fe 58-62， Co 13-15， Cu 13-15， Ni2-3, Snl-2， P 1-2, WC 8-10。
上述預(yù)合金胎體粉末，采用激光衍射法測(cè)定其粒度中位徑小于20pm，優(yōu)選不超過(guò) 15)om0
上述預(yù)合金胎體粉末，按GB/T5158-1999方法在還原溫度IIO(TC下測(cè)定該粉末的氫 損值不超過(guò)0.25%,優(yōu)選不超過(guò)0.20%。
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有金屬或預(yù)合金胎體粉末機(jī)械性能相對(duì)較低或燒結(jié)溫度偏高的問(wèn)題進(jìn) 行了改進(jìn)，采用以Fe、 Co、 Cu為基礎(chǔ)成分，同時(shí)按配比加入Ni、 Sn、 P、 WC等元素，以 現(xiàn)有制粉技術(shù)制備成預(yù)合金胎體粉末。本發(fā)明預(yù)合金胎體粉末，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)得到合適的配 比組分，各添加元素適當(dāng)?shù)暮亢蛥f(xié)同作用使其具有優(yōu)良的成分均勻性和足夠的燒結(jié)反應(yīng) 活性，同時(shí)可使燒結(jié)塊的性能得到提高，特別是在硬度、抗彎強(qiáng)度、耐磨損性和對(duì)金剛石 把持力等方面有顯著提高。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明預(yù)合金胎體粉末，以Fe、 Co、 Cu為基礎(chǔ)成分，同時(shí)加入Ni、 Sn、 P、 WC等 元素所構(gòu)成，作為調(diào)節(jié)性能而加入的Ni、 Sn、 P、 WC等元素主要作用如下Ni與Co、 Fe適量搭配可提高胎體的綜合性能，使胎體具有較小的變形性和適度的耐磨性；Sn在鐵 基胎體中可以形成Fe3Sn和Fe7oSm5d5金屬間化合物和復(fù)式碳化物，改善鐵基胎體的磨損 性能和變形性，并可降低燒結(jié)溫度；加入少量的P用來(lái)改善銅對(duì)金剛石的潤(rùn)濕，適當(dāng)弱化胎體，提高胎體的鋒利度；適量WC可增加胎體耐磨性，減少變形性，抑制金剛石表 面的石墨化。
所述預(yù)合金胎體粉末，采用激光衍射法測(cè)定的粒度中位徑小于20pm，優(yōu)選不超過(guò) 15pm。較細(xì)的粉末粒度能保證粉末具有更大的比表面積，而對(duì)于相同組分的預(yù)合金粉末， 更大的比表面積是高的燒結(jié)反應(yīng)活性的標(biāo)志。
所述預(yù)合金胎體粉末，按GB/T5158-1999方法在IIO(TC下測(cè)定的氫損值不超過(guò) 0.25%，優(yōu)選不超過(guò)0.20%。氧的存在對(duì)粉末的燒結(jié)反應(yīng)活性和燒結(jié)塊的抗彎強(qiáng)度均有危 害，因此需控制氧含量在一個(gè)較低的水平。
以下是本發(fā)明預(yù)合金胎體粉末的性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)
一.燒結(jié)性能試驗(yàn)
將本發(fā)明預(yù)合金胎體粉末置于尺寸為30mmxl2mmx6mm的石墨模具中，壓力為 35MPa，在不同的溫度燒結(jié)3分鐘，測(cè)定燒結(jié)塊的相對(duì)密度，結(jié)果見(jiàn)表l。
表l燒結(jié)粉末的相對(duì)密度
燒結(jié)溫度750 。C訓(xùn)。C850°C900°C950°C
相對(duì)密度(％)97.598.398.799.098.5
上述結(jié)果表明該粉末可在較低的燒結(jié)溫度下獲得較高的燒結(jié)密度，優(yōu)化燒結(jié)溫度為
800 900°C ，當(dāng)燒結(jié)溫度超過(guò)900。C后相對(duì)密度不再提高。 二.機(jī)械性能測(cè)定
1.硬度測(cè)定將本發(fā)明預(yù)合金胎體粉末置于尺寸為30mmxl2mmx6mm的石墨模具
中，壓力為35MPa，在不同的溫度燒結(jié)3分鐘，測(cè)定燒結(jié)塊的HRB硬度，結(jié)果見(jiàn)于表2。 表2燒結(jié)粉末的硬度
燒結(jié)溫度750°C訓(xùn)。C850°C900 °C950°C
硬度(HRB)85.589.590.092.591
由表2可見(jiàn)，該粉末在90(TC燒結(jié)時(shí)硬度達(dá)到最大值，優(yōu)化燒結(jié)溫度為800 900°C，
這一結(jié)果與表1燒結(jié)塊相對(duì)密度隨溫度的變化規(guī)律是一致的。
2.抗彎強(qiáng)度測(cè)定將本發(fā)明預(yù)合金胎體粉末置于30mmX 12mmX6mm的燒結(jié)塊直接
放在相隔25.4mm的兩個(gè)支座上，在其中間施力，直至試樣斷裂，結(jié)果見(jiàn)于表3。 表3燒結(jié)粉末的抗彎強(qiáng)度
燒結(jié)溫度750°C800 °C850 °C900°C950°C
抗彎強(qiáng)度(MPa)858884910926895
5由表3可見(jiàn)，當(dāng)燒結(jié)溫度為800 950。C時(shí)，抗彎強(qiáng)度達(dá)到880MPa以上，說(shuō)明該粉末 具有良好的燒結(jié)工藝性，可在較寬的燒結(jié)溫度范圍內(nèi)獲得較高的抗彎強(qiáng)度。 三.P和WC對(duì)金剛石刀頭影響的測(cè)定
1. P和WC對(duì)燒結(jié)塊機(jī)械性能的影響在其它條件一致的情況下向預(yù)合金粉末中添加 不同含量的P和WC，并分別將不同P和WC含量的粉末置于石墨磨具中在35MPa、85(TC
的溫度下燒結(jié)3分鐘。測(cè)定燒結(jié)塊機(jī)械性能結(jié)果見(jiàn)表4。 表4 P和WC對(duì)燒結(jié)塊機(jī)械性能的影響
P/WC (wt%)0/100.75/101.5/102.25/103/10
硬度(HRB)8889.590.592.591
抗彎強(qiáng)度(MPa)839863881892867
P/WC (wt%)2/02/52/102/152/20
硬度(HRB)8789.592.59290.5
抗彎強(qiáng)度(MPa)841883912891877
由表4可見(jiàn)，燒結(jié)塊的硬度和抗彎強(qiáng)度隨著P和WC含量的增加均呈緩慢上升的趨 勢(shì)，在P含量為2wt。/。， WC含量為10wt。/。時(shí)達(dá)到最大值。這說(shuō)明，P和WC的添加在顯 著強(qiáng)化結(jié)合劑的性能的同時(shí)，也顯著的改善了金屬胎體與金剛石的粘結(jié)性能。
2. P和WC對(duì)金剛石刀具切割性能的影響
本試驗(yàn)是在預(yù)合金粉末其它條件一致的情況下，P和WC的不同添加量時(shí)與30/50目 金剛石顆?；旌虾螅瑹釅簾Y(jié)得到4)230規(guī)格金剛石鋸片在4)230臺(tái)式鋸上進(jìn)行實(shí)際鋸切 結(jié)果。切割對(duì)象為厚度1.8 2.2皿的輝綠巖，其結(jié)構(gòu)致密、均勻、質(zhì)地堅(jiān)硬、抗壓強(qiáng)度 平均2460kg/m2，抗折強(qiáng)度平均335kg/cm2，摩氏硬度6.8。
表5 P和WC對(duì)切割性能的影響
P/WC (wt%)0/100.75/101.5/102.25/103/10
切割速度V (m/min)1.522.112.272.452.36
平均壽命L (m/mm)113.5124.8129.6131.4119.7
P/WC (wt%)2/02/52/102/152/20
切割速度V (m/min)1.522.492.782.452.34
平均壽命L (m/mm)113.5136.9148.5138.7129.9
由表5可見(jiàn)，加入適量P和WC后，金剛石鋸片的切割速度和平均壽命都優(yōu)于不含 該元素的金剛石鋸片，且含WC成分的鋸片更有優(yōu)勢(shì)，P和WC具有協(xié)同作用，以適當(dāng)配 比同時(shí)加入時(shí)效果更佳。表中的切割速度V由切割總長(zhǎng)度/所用總時(shí)間來(lái)衡量，V越大說(shuō) 明鋸片越鋒利；平均壽命L由切割總長(zhǎng)度/單邊刀齒損耗來(lái)衡量，L越大說(shuō)明鋸片越耐用。
6以下給出幾個(gè)具體的實(shí)施例
實(shí)施例l，按重量單位稱取原料如下Fe50， Co 15， Cu20， Ni3， Snl， P3， WC5。 實(shí)施例2，按重量單位稱取原料如下Fe70， Co 10， Cu 10， Ni 5， Sn5， Pl， WC 10。 實(shí)施例3，按重量單位稱取原料如下Fe60， Co 20， Cu 15， Nil, Sn3, P2， WC 8。 實(shí)施例4，按重量單位稱取原料如下Fe62， Co 13， Cu 15， Ni2， Snl， P2， WC 10。 實(shí)施例5，按重量單位稱取原料如下Fe58， Co 15， Cu 13， Ni3， Sn2， P2， WC 10。 實(shí)施例6，按重量單位稱取原料如下Fe60， Co 14， Cu 14， Ni2.5， Snl.7， P1.7， WC9。
實(shí)施例7，按重量單位稱取原料如下Fe58， Co 13， Cu 13， Ni 2， Sn 1.5， P 1.5， WC8。
按照上述配比稱取的原料主要成分先用霧化法制成基礎(chǔ)預(yù)合金粉末，再將調(diào)整后的全 組份混合料高溫還原擴(kuò)散工藝保證了本發(fā)明粉末中各成分的均勻性；通過(guò)制粉工藝、添加 元素粒度及還原工藝的控制使本發(fā)明粉末具有較細(xì)的粒度和較低的氫損值，從而保證了粉 末具有足夠的燒結(jié)反應(yīng)活性；粉末的硬度、抗彎強(qiáng)度、切割性能等的實(shí)測(cè)結(jié)果見(jiàn)下面的性 能試驗(yàn)數(shù)據(jù)部分。
權(quán)利要求
1. 一種預(yù)合金胎體粉末，其特征在于它由下述重量單位的原料組成Fe50-70，Co 10-20，Cu 10-20，Ni 1-5，Sn 1-5，P 1-3，WC 5-10。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)合金胎體粉末，其特征在于它由下述重量單位的原料 組成Fe 58-62， Co 13—15， Cu 13-15， Ni 2-3， Sn 1—2， P 1—2， WC 8-10。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的預(yù)合金胎體粉末，其特征在于所述粉末采用激光衍射法 測(cè)定其粒度中位徑小于20 y m，優(yōu)選不超過(guò)15 y m。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的預(yù)合金胎體粉末，其特征在于所述粉木按 GB/T5158-1999方法在還原溫度IIO(TC下測(cè)定該粉末的氫損值不超過(guò)0. 25%，優(yōu)選不超過(guò) 0. 20%。
全文摘要
一種預(yù)合金胎體粉末，屬粉末冶金材料技術(shù)領(lǐng)域，用于解決現(xiàn)有金屬或預(yù)合金胎體粉末機(jī)械性能相對(duì)較低或燒結(jié)溫度偏高的問(wèn)題。所述粉末由下述重量單位的原料組成Fe50-70，Co 10-20，Cu 10-20，Ni 1-5，Sn 1-5，P 1-3，WC 5-10。本發(fā)明經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)得到合適的配比組分，采用以Fe、Co、Cu為基礎(chǔ)成分，同時(shí)按配比加入Ni、Sn、P、WC等元素，以現(xiàn)有制粉技術(shù)制備成預(yù)合金胎體粉末。各添加元素適當(dāng)?shù)暮亢蛥f(xié)同作用使其具有優(yōu)良的成分均勻性和足夠的燒結(jié)反應(yīng)活性，同時(shí)可使燒結(jié)塊的性能得到提高，特別是在硬度、抗彎強(qiáng)度、耐磨損性和對(duì)金剛石把持力等方面有顯著提高。
文檔編號(hào)B22F1/00GK101462162SQ20091007365
公開日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2009年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月16日
發(fā)明者孟凡愛(ài), 時(shí)會(huì)彬, 李忠林, 王成軍, 勇 祈 申請(qǐng)人:博深工具股份有限公司