CN107502808A - 一种全预合金化的金刚石工具胎体粉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全预合金化的金刚石工具胎体粉，所述胎体粉以重量百分比计各原料分别为：铜42‑48％、锡3‑8％、铁26.2‑34.7％、铬5‑7％、镍4‑7％、碳化钛5‑9％与稀土元素0.3‑0.8％。本发明预合金胎体粉末以铜、铁为基础成分，同时按配比添加锡、镍和碳化钨，多种组分金属相互协同作用降低烧结温度，合金流动性提高，烧结后胎体强度和硬度增加，提高了机械性能，增强耐磨性和对金刚石的把持力；本发明预合金胎体粉末组成中加入稀土元素，在烧结过程中还原金属表面氧化物，降低氧化膜对原子扩散的障碍，促进烧结过程，起到活化烧结和类似预氧化烧结的作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种冶金粉末，特别是用于制造金刚石工具的全预合金化的金刚石工具胎体粉，属粉末冶金材料技术领域。
背景技术
随着行业竞争加剧，石材、陶瓷、工程建筑等行业对降低成本、提高效率的要求日益强烈，国内外市场对高性能金刚石工具的需求迅速上升。通常制造金刚石工具的方法是先将金刚石与金属粉末混合，然后将此混合物冷压成形，再加压或不加压烧结成紧密的固结块。其中，金属粉末作为刀具胎体粘结剂把持金刚石，其原料成分及粒度等因素会对金刚石刀具性能产生重要影响。
人造金刚石工具被广泛应用于地质钻探以及硬脆材料的钻孔、切割、磨削、抛光等加工。需要采用胎体材料辅助制成具有一定形状和机械性能的金刚石工具制品。胎体材料的作用是支撑并把持金刚石，维持自锐能力，防止金刚石过早脱落。传统的胎体材料是由单元素金属粉末或单合金粉末进行机械混合获得，这种方法获得的胎体烧结温度偏高、稳定性差、不能达到各成分的充分合金化且胎体成分也难以均匀，对金刚石的把持力比较差等诸多不利因素。
通常要求金属粉末应具有良好的烧结反应活性。良好的烧结反应活性意味着金属粉末能在相对较低的温度下烧结接近理论密度，或是烧结达到理论密度只需要很短的烧结时间。高的烧结温度会导致以下主要缺点：烧结模具寿命降低、金刚石损伤和较高的能耗。为充分发挥金刚石的优越性能其胎体最高烧结温度应不超过850℃。胎体烧结完成可用得到的相对密度来表征：一般来说，相对烧结密度达到98％或以上可被认为接近理论密度。影响烧结胎体性能的首要因素是粉末的成分。选择粉末成分不仅要考虑对烧结体性能，尤其是对金刚石的把持力、韧性、和耐磨性的要求，而且要兼顾成本因素。影响胎体性能的第二个重要因素是粉末的粒度配比，在其他条件相同的情况下，较细的粉末的烧结活性明显优于较粗的粉末。另外一个因素就是粉末表面的氧化，由于粉末粒度细，表面活性高，暴露在空气中，就会很容易发生氧化，从而在粉末颗粒表面形成氧化物层，进而阻止烧结反应的进行，因此降低了粉末的烧结反应活性。
现有技术中胎体材料多使用金属单质粉末和部分预合金粉末，所以胎体粉末中包含了组成胎体的各种元素，降低了熔点而易烧结，能有发挥金刚石的效能。
发明内容
本发明的目的在于为了解决现有胎体材料中各成分配比与金刚石磨耗比不协调，且胎体成分不均匀，稳定性较差，烧结温度偏高，对金刚石把持力较弱等缺陷而提供一种全预合金化的金刚石工具胎体粉。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种全预合金化的金刚石工具胎体粉，所述胎体粉以重量百分比计各原料分别为：铜42-48％、锡3-8％、铁26.2-34.7％、铬5-7％、镍4-7％、碳化钛5-9％与稀土元素0.3-0.8％。在本技术方案中，添加少量稀土元素可以细化胎体晶粒、活化烧结、提高胎体的抗弯强度、把持持金刚石，等机械性能和提高金刚石的出刃高度以及改善金刚石工具的自锐性、切割效率和提高金刚石利用率，还可以在烧结过程中还原金属表面氧化物，降低氧化膜对原子扩散的障碍，促进了活化烧结过程，起到充分有效把持金刚石的作用。
作为优选，所述碳化钛粒度为-200目，纯度大于99％。
作为优选，电解铜锭纯度≥99％。
作为优选，铁的粉末粒度为-200目，有效成分重量百分比≥98.7％，松装密度为2.0-2.6g/cm3。
作为优选，锡锭纯度≥99％。
作为优选，铬铁合金中铬≥50％～70％。
作为优选，镍的粉末粒度为-200目，有效成分重量百分比≥98％，松装密度为2.0-2.6g/cm3。
作为优选，所述稀土元素为镱或镨。
作为优选，所述全预合金化的金刚石工具胎体粉的制备方法为：先将电解铜锭和锡锭进行高温真空熔炼，温度1080-1120℃，时间15min，再加入其它各组分，期间充分搅拌均匀，使之充分合金化，合金液体通过石墨倒流嘴进行雾化喷粉，待粉末冷却后进行收粉、烘干，得到全预合金化的金刚石工具胎体粉。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：
第一，本发明预合金胎体粉末以铜、锡为基础成分，同时按配比添加铁粉、铬粉、镍粉和碳化钛粉，这种“锭与粉”“混合熔炼”的方法，大幅度降低了熔炼制粉的温度，最大限度地提高了生产效率，大幅度节省能源，烧结后胎体强度和韧性增加，提高了机械性能，
第二，本发明预合金胎体粉末组成中加入稀土元素，在烧结过程中还原金属表面氧化物，改善了合金对金刚石表面的亲和性，增加了合金胎体对金刚石的把持力。
第三，显著提高了烧结金属胎体的均匀性和稳定性，大幅度缩减粉末的混和时间，显著提高了后续的工具生产效率，大幅度节省了工具生产的能耗，
提高了工具品质的稳定性。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
碳化钛粒度为-200目，纯度大于99％。
电解铜锭纯度≥99％。
铁的粉末粒度为-200目，有效成分重量百分比≥98.7％，松装密度为2.0-2.6g/cm3。
锡锭纯度≥99％。
铬铁合金中铬≥50％～70％。
镍的粉末粒度为-200目，有效成分重量百分比≥98％，松装密度为2.0-2.6g/cm3
实施例1
一种全预合金化的金刚石工具胎体粉，所述胎体粉以重量百分比计各原料分别为：铜42％、锡8％、铁26.2％、铬7％、镍7％、碳化钛9％与稀土元素0.8％。
所述稀土元素为镱或镨。
所述全预合金化的金刚石工具胎体粉的制备方法为：先将电解铜锭和锡锭进行高温真空熔炼，温度1080℃，时间15min，再加入其它各组分，期间充分搅拌均匀，使之充分合金化，合金液体通过石墨倒流嘴进行雾化喷粉，待粉末冷却后进行收粉、烘干，得到全预合金化的金刚石工具胎体粉。
实施例2
一种全预合金化的金刚石工具胎体粉，所述胎体粉以重量百分比计各原料分别为：铜45％、锡5％、铁32.5％、铬6％、镍5％、碳化钛6％与稀土元素0.5％。
所述稀土元素为镱或镨。
所述全预合金化的金刚石工具胎体粉的制备方法为：先将电解铜锭和锡锭进行高温真空熔炼，温度1100℃，时间15min，再加入其它各组分，期间充分搅拌均匀，使之充分合金化，合金液体通过石墨倒流嘴进行雾化喷粉，待粉末冷却后进行收粉、烘干，得到全预合金化的金刚石工具胎体粉。
实施例3
一种全预合金化的金刚石工具胎体粉，所述胎体粉以重量百分比计各原料分别为：铜48％、锡3％、铁34.7％、铬5％、镍4％、碳化钛5％与稀土元素0.3％。
所述稀土元素为镱或镨。
所述全预合金化的金刚石工具胎体粉的制备方法为：先将电解铜锭和锡锭进行高温真空熔炼，温度1120℃，时间15min，再加入其它各组分，期间充分搅拌均匀，使之充分合金化，合金液体通过石墨倒流嘴进行雾化喷粉，待粉末冷却后进行收粉、烘干，得到全预合金化的金刚石工具胎体粉。
将本发明实施例2制备的全预合金胎体粉末置于尺寸为30mm×12mm×6mm的石墨模具中，压力为10MPa，在不同的温度烧结3分钟，测定烧结块的相对密度，结果见表1。
表1、烧结粉末的相对密度
| 烧结温度 | 750℃ | 810℃ | 820℃ | 830℃ | 850℃ | 870℃ |
| 相对密度(％) | 97.8 | 99.1 | 99.4 | 99.2 | 97.8 | 97.8 |
上述结果表明该粉末可在较低的烧结温度下获得较高的烧结密度，优化烧结温度为810～830℃，当烧结温度超过830℃后相对密度不再提高。
机械性能测定：
硬度测定：将本发明实施例2制备的预合金胎体粉末置于尺寸为30mm×12mm×6mm的石墨模具中，压力为10MPa，在不同的温度烧结3分钟，测定烧结块的HRB硬度，结果见于表2。
表2烧结粉末的硬度
| 烧结温度 | 750℃ | 810℃ | 820℃ | 830℃ | 850℃ | 870℃ |
| 硬度(HRB) | 35.5 | 51.5 | 53.4 | 52.5 | 48.3 | 48.1 |
由表2可见，该粉末在820℃烧结时硬度达到最大值，优化烧结温度为810～830℃，这一结果与表1烧结块相对密度随温度的变化规律是一致的。
抗弯强度测定：将本发明实施例2制备的预合金胎体粉末置于30mm×12mm×6mm的烧结块直接放在相隔25.4mm的两个支座上，在其中间施力，直至试样断裂，结果见于表3。
表3烧结粉末的抗弯强度
由表3可见，当烧结温度为810～830℃时，抗弯强度达到403MPa以上，说明该粉末具有良好的烧结工艺性，可在较宽的烧结温度范围内获得较高的抗弯强度。
Claims (9)
1.一种全预合金化的金刚石工具胎体粉，其特征在于，所述胎体粉以重量百分比计各原料分别为：铜42-48％、锡3-8％、铁26.2-34.7％、铬5-7％、镍4-7％、碳化钛5-9％与稀土元素0.3-0.8％。
2.根据权利要求1所述的一种全预合金化的金刚石工具胎体粉，其特征在于，所述碳化钛粒度为-200目，纯度大于99％。
3.根据权利要求1所述的一种全预合金化的金刚石工具胎体粉，其特征在于，电解铜锭纯度≥99％。
4.根据权利要求1所述的一种全预合金化的金刚石工具胎体粉，其特征在于，铁的粉末粒度为-200目，有效成分重量百分比≥98.7％，松装密度为2.0-2.6g/cm3。
5.根据权利要求1所述的一种全预合金化的金刚石工具胎体粉，其特征在于，锡锭纯度≥99％。
6.根据权利要求1所述的一种全预合金化的金刚石工具胎体粉，其特征在于，铬铁合金中铬≥50％～70％。
7.根据权利要求1所述的一种全预合金化的金刚石工具胎体粉，其特征在于，镍的粉末粒度为-200目，有效成分重量百分比≥98％，松装密度为2.0-2.6g/cm3。
8.根据权利要求1所述的一种全预合金化的金刚石工具胎体粉，其特征在于，所述稀土元素为镱或镨。
9.根据权利要求1所述的一种全预合金化的金刚石工具胎体粉，其特征在于，所述全预合金化的金刚石工具胎体粉的制备方法为：先将电解铜锭和锡锭进行高温真空熔炼，温度1080-1120℃，时间15min，再加入其它各组分，期间充分搅拌均匀，使之充分合金化，合金液体通过石墨倒流嘴进行雾化喷粉，待粉末冷却后进行收粉、烘干，得到全预合金化的金刚石工具胎体粉。
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| JPH01255631A (ja) * | 1988-04-06 | 1989-10-12 | Isamu Kikuchi | 焼結合金軸受材およびその製造法 |
| JPH111736A (ja) * | 1997-06-09 | 1999-01-06 | Chuetsu Gokin Chuko Kk | 加熱装置用黄銅合金材料 |
| CN101407045A (zh) * | 2008-11-25 | 2009-04-15 | 北京科技大学 | 一种金刚石磨块及制备方法 |
| CN103266258A (zh) * | 2013-05-20 | 2013-08-28 | 江苏锋泰钻石工具制造有限公司 | 稀土预合金粉末及其制备方法 |
| CN105441815A (zh) * | 2015-03-13 | 2016-03-30 | 泉州天智合金材料科技有限公司 | 一种金刚石工具用改性超细低氧水雾化合金粉末制备方法 |
-
2017
- 2017-07-28 CN CN201710630150.4A patent/CN107502808A/zh active Pending
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