用于金刚石制品的FeCuNiSn系合金粉末及其制备方法转让专利
申请号 : CN201911387095.6
文献号 : CN111014657B
文献日 : 2021-08-27
发明人 : 董书山 , 李鹏旭 , 徐航 , 董欣然 , 陶强 , 朱品文
申请人 : 吉林大学
摘要 :
权利要求 :
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Cr3C2或/和Mo2C粉末,用量为FeCuNiSn系合金粉末总重量的1%~5%。
5.按照权利要求4所述的用于金刚石制品的FeCuNiSn系合金粉末,其特征在于,所述的超细添加剂粉末,粒度为2~4μm。
6.按照权利要求4或5所述的用于金刚石制品的FeCuNiSn系合金粉末,其特征在于,所述的Cr3C2和Mo2C,按重量计Cr3C2大于等于FeCuNiSn系合金粉末总重量的0.2%,余量为Mo2C。
7.一种权利要求4所述的用于金刚石制品的FeCuNiSn系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,将还原后粉末用筛网进行筛分,筛下物装入粉末合批机中进行充分混合,得到Fe‑Cu‑Ni‑Sn预合金粉末;添加超细添加剂粉末Cr3C2或/和Mo2C混配均匀,得到FeCuNiSn系合金粉末。
8.按照权利要求7所述的用于金刚石制品的FeCuNiSn系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%。
说明书 :
用于金刚石制品的FeCuNiSn系合金粉末及其制备方法
技术领域
化组合应用。
背景技术
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
发明内容
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。
8%Sn。
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。
为75%。
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;低熔点Sn的加入,可有效降低粉末烧结温度,促进烧结
致密化并增加烧结胎体的脆性磨损性能而改善工具的锋利度。与专利CN107243644A公布的
化学共沉淀法所制备的合金粉末相比,本发明具有生产过程绿色环保、生产效率高、批量
大、成本低、质量稳定性好、粉末烧结胎体的自锐磨损能力强、锋利度突出等优点。
Sn四组元预合金粉末与超细Cr3C2、Mo2C粉末混配应用,就能起到进一步提升金刚石制品锋
利度的作用。
51%Fe、40%~43%Cu、5%~8%Ni、4%~8%Sn;所述的超细添加剂粉末,是Cr3C2或/和
Mo2C粉末,用量为FeCuNiSn系合金粉末总重量的1%~5%。
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预合金粉末;添加超细
添加剂粉末Cr3C2或/和Mo2C混配均匀,得到FeCuNiSn系合金粉末。
为75%。
颗粒间的连结长大,细化烧结胎体组织,并且,碳化物颗粒与金属粉末颗粒间的界面结合力
弱于同质的金属粉末颗粒间的界面结合力,在胎体的连续磨削过程中可先于金属基体剥
落,进而促进金属胎体的快速磨损剥落而明显提高金刚石制品的锋利度,可很好满足以锋
利度为核心要求的金刚石制品的工程使用要求。
附图说明
具体实施方式
漏眼后,被高压水击碎,在充有氮气保护的雾化桶内雾化成粉末。雾化结束后的粉末用真空
抽滤的方式充分脱水,装入干燥箱内干燥3~8小时,然后在步进式推舟还原炉中用氢氮混
合气(氢气占75%)还原。设定还原温度为600~750℃,5~10kg/舟,推进速度为5~10分钟/
舟。将还原后粉末用装有325目筛网进行筛分,筛下物装入粉末合批机中进行充分混合,粉
末放出,检测合格后按5kg/袋真空包装。最终检测结果如表2:
重量(kg) 90 80 16 14 200
漏眼后,被高压水击碎,在充有氮气保护的雾化桶内雾化成粉末。雾化结束后的粉末用真空
抽滤的方式充分脱水,装入干燥箱内干燥3~8小时,然后在步进式推舟还原炉中用氢氮混
合气(氢气占75%)还原。设定还原温度为600~750℃,5~10kg/舟,推进速度为5~10分钟/
舟。将还原后粉末用装有325目筛网进行筛分,筛下物装入粉末合批机中进行充分混合,粉
末放出,检测合格后按5kg/袋真空包装。最终检测结果如表4:
重量(kg) 102 80 10 8 200
漏眼后,被高压水击碎,在充有氮气保护的雾化桶内雾化成粉末。雾化结束后的粉末用真空
抽滤的方式充分脱水,装入干燥箱内干燥4~10小时,然后在步进式推舟还原炉中用氢氮混
合气(氢气占75%)还原。设定还原温度为600~750℃,5~10kg/舟,推进速度为5~10分钟/
舟。将还原后粉末用装有325目筛网进行筛分,筛下物装入粉末合批机中进行充分混合,粉
末放出,检测合格后按5kg/袋真空包装。最终检测结果如表6:
重量(kg) 96 82 10 12 200
漏眼后,被高压水击碎,在充有氮气保护的雾化桶内雾化成粉末。雾化结束后的粉末用真空
抽滤的方式充分脱水,装入干燥箱内干燥3~8小时,然后在步进式推舟还原炉中用氢氮混
合气(氢气占75%)还原。设定还原温度为600~750℃,5~10kg/舟,推进速度为5~10分钟/
舟。将还原后粉末用装有325目筛网进行筛分,筛下物装入粉末合批机中进行充分混合,粉
末放出,检测合格后按5kg/袋真空包装。最终检测结果如表8:
漏眼后,被高压水击碎,在充有氮气保护的雾化桶内雾化成粉末。雾化结束后的粉末用真空
抽滤的方式充分脱水,装入干燥箱内干燥3~8小时,然后在步进式推舟还原炉中用氢氮混
合气(氢气占75%)还原。设定还原温度为600~750℃,5~10kg/舟,推进速度为5~10分钟/
舟。将还原后粉末用装有325目筛网进行筛分,筛下物装入粉末合批机中进行充分混合,粉
末放出,检测合格后按5kg/袋真空包装。最终检测结果如表10:
11:
重量(kg) 97 3
化组合粉末,原材料及投料重量见表19:
度为D60、体积浓度为9%的金刚石,在具有还原气氛的钟罩炉中840℃热压烧结制成。锯片
干切厚度为1.7cm、莫氏硬度为6~8的中硬花岗岩板材,连续切割平稳,切割速度可达1.36
米/分钟,而同类产品的速度通常为0.9~1.1米/分钟,本实施例产品体现的锋利度较同类
产品提高20%以上,特别是连续切割锯片可始终保持平稳的锋利度而不发生切割衰减现
象,可很好的满足实际工程应用需求。锯片的切割寿命108米,也达到了同类产品水平。
Cu粉、2%Sn粉,烧结温度为830℃;采用粒度为40/45目、强度为D60、体积浓度为25%的金刚
石,在自动桥式切割机上连续湿切厚度为2.5cm、莫氏硬度为7~8.5的花岗岩板材。锯片的
切割速度可达6.5~7.8米/分钟,锋利度较同类产品的5.0~5.5米/分钟提高18%以上,体
现出本实施例产品对锯片锋利度的改善具有明显的提升作用。锯片的切割寿命为230米,较
同类产品170~200米的使用寿命提高了15%以上。
的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,这些改进和润饰也
应视为本发明的保护范围。