[发明专利]用于金刚石制品的FeCuNiSn系合金粉末及其制备方法

说明书

本发明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Cr₃C₂或/和Mo₂C超细添加剂粉末。制备方法采用高温液态熔炼及高压水雾化方法，制备出Fe‑Cu‑Ni‑Sn四组元预合金粉末，或再与超细添加剂粉末混配均匀得到FeCuNiSn系合金粉末。本发明可弱化粉末烧结体的耐磨性、降低烧结温度，提高烧结胎体的致密度、抗弯强度及对金刚石的把持力，改善工具的锋利度；Cr₃C₂或/和Mo₂C的添加更是明显的提高金刚石制品的锋利度，满足对金刚石制品的干切/干磨、高效加工的发展需求。

技术领域

本发明属于金属材料粉末冶金的技术领域，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。

背景技术

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。