CN102672160B - 一种预合金胎体粉末的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种预合金胎体粉末的制备方法，包括以下步骤：a）将铜包铁粉、镍粉、锌粉、锡粉和钴粉混合，得到混合粉末；b）将所述混合粉末依次在还原炉的三个区域加热，一区的温度为550℃~570℃，二区的温度为600℃~620℃，三区的温度为570℃~590℃，得到烧结块；c）将所述烧结块破碎筛分，得到预合金胎体粉末。本发明将混合粉末依次在三个区域的控温加热，将混合粉末进行烧结，在烧结过程中，得到了均匀的预合金胎体粉末，减小了预合金胎体粉末的松装密度，从而使粉末成型压力减小，使预合金胎体粉末具有较好的成型性。
Description
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术领域，尤其涉及一种预合金胎体粉末的制备方法。
背景技术
金刚石锯是一种切削工具，广泛用于石材、陶瓷等硬脆材料的加工。随着金刚石锯需求的不断增加，人们对金刚石锯片的品质要求越来越高。金刚石锯片主要由两部分组成：基体与刀头，基体是粘结刀头的主要支撑部分，而刀头则是在使用过程中起切割的部分。金刚石锯片刀头会在使用中不断地消耗掉，因此金刚石锯片的使用寿命直接取决于锯片刀头的性能。
目前金刚石锯片刀头的生产主要采用粉末冶金方法，即将金刚石磨粒和金属粉末混合，并进行冷压或者热压烧结制成金刚石节块式锯片或者连续周边式锯片，然后通过高频感应加热或者激光焊接到金属基体上。金属粉末作为金刚石锯片刀头的胎体粉，主要起粘结剂的作用，即金属粉末有效地包镶金刚石，使锯片刀头在切削时金刚石不易脱落。传统的胎体粉是由各种单元素粉末进行机械混合获得，这种方法获得的胎体粉末难以达到完全合金化，而且胎体成分很难均匀，随后研制出了预合金胎体粉末。
预合金胎体粉末是将混合粉末预先熔炼成合金，然后再制成粉末，所以预合金胎体粉末中每颗粉末中都包含了组成合金的各种金属元素，比机械混合多种单一金属粉末更加均匀。由于预合金胎体粉末粒度分布良好，组织均匀，熔点低且易烧结，其能有效改善金刚石锯片的性能。现有技术中，一般采用雾化法生产预合金胎体粉末。雾化法是借助机械作用破坏固体金属间的结合，液体金属或合金直接破碎成细小的液滴。在冷压成型中，由于雾化法生产的预合金粉末松装密度高，粉末的成型压力大，使粉末的成形性不好，导致金刚石胎体的强度和韧性都不是很高，从而影响金刚石锯片的锋利度和耐磨性，最终影响金刚石锯片的使用寿命。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种松装密度低的预合金胎体粉末。
有鉴于此，本发明公开了一种预合金胎体粉末的制备方法，包括以下步骤：
a）将78wt%~88wt%的铜包铁粉、5wt%~10wt%的镍粉、1wt%~5wt%的锌粉、5wt%~8wt%的锡粉和0.5wt%~1.5wt%的钴粉混合，得到混合粉末；
b）将所述混合粉末依次在还原炉的三个区域加热，一区的温度为550℃~570℃，二区的温度为600℃~620℃，三区的温度为570℃~590℃，得到烧结块；
c）将所述烧结块破碎筛分，得到预合金胎体粉末。
优选的，所述铜包铁粉的粒度为45um~75um。
优选的，所述铜包铁粉中铜的含量为铜包铁粉的28wt%~49wt%，铁的含量为铜包铁粉的51wt%~72wt%。
优选的，所述混合的混合时间为0.5h~1.5h。
优选的，步骤b）中所述混合粉末置于氨分解气中加热。
优选的，所述氨分解气为氢气和氮气。
优选的，所述氢气的气速为4m3/h~8m3/h。
优选的，所述氮气为8m3/h~12m3/h。
优选的，所述还原炉的网速为15Hz~20Hz。
本发明提供了一种预合金胎体粉末的制备方法，包括以下步骤：a）将铜包铁粉、镍粉、锌粉、锡粉和钴粉混合，得到混合粉末；b）将所述混合粉末依次在还原炉的三个区域加热，得到烧结块；c）将所述烧结块破碎筛分，得到预合金胎体粉末。本发明通过三个区域的控温加热，混合粉末仅出现烧结的初期阶段即粘结阶段，并未出现烧结中后期粉末颗粒聚集、收缩的阶段，在粘结阶段粉末颗粒通过成核、结晶长大等原子过程形成烧结颈并粘结在一起，经过破碎筛分后，得到了松装密度较小的预合金胎体粉末。另外通过三个区域的控温加热，混合粉末温度变化缓慢，扩散充分，避免了混合粉末成分偏析和聚集的现象，得到了均匀性较好的混合粉末。因此通过烧结后再进行粉末的破碎筛分，预合金胎体粉末的松装密度较低，从而使粉末成型压力减小，胎体粉末的成形性好。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例公开了一种预合金胎体粉末的制备方法，包括以下步骤：
a）将78wt%~88wt%的铜包铁粉、5wt%~10wt%的镍粉、1wt%~5wt%的锌粉、5wt%~8wt%的锡粉和0.5wt%~1.5wt%的钴粉混合，得到混合粉末；
b）将所述混合粉末依次在还原炉的三个区域加热，一区的温度为550℃~570℃，二区的温度为600℃~620℃，三区的温度为570℃~590℃，得到烧结块；
c）将所述烧结块破碎筛分，得到金刚石预合金胎体粉末。
步骤a）为将铜包铁粉、镍粉、锌粉、锡粉和钴粉混合的过程。所述铜包铁粉的粒度优选为45um~75um，较低的粒度保证了混合粉末的粒度更加细小。所述铜包铁粉中铜的含量优选为铜包铁粉的28wt%~49wt%，余量为铁。所述铜包铁粉的制备方法本发明并无特别的限制，可以为本领域技术人员熟知的制备方法。为了使上述粉末混合均匀，所述混合粉末的混合时间优选为0.5h~1.5h，更优选为1h。
上述铜包铁粉、镍粉、锌粉、锡粉和钴粉混合均匀后，将上述混合粉末依次在还原炉的三个区域加热，一区的温度为550℃~570℃，二区的温度为600℃~620℃，三区的温度为570℃~590℃，得到烧结块。将混合粉末在还原炉中加热，相对于传统的烧结而言，本发明采用了较低的加热温度，较低的加热温度使混合粉末在烧结过程中，仅发生烧结的初期阶段即粘结阶段。将上述混合粉末优选通入有氨分解气体的还原炉中加热，混合粉末进入还原炉会产生表层氧化，因此将所述混合粉末通入还原气氛，保证混合粉末不被氧化，同时能够使表层氧化粉末还原，得到纯净的烧结块。所述一区的温度优选为555℃~560℃，所述二区的温度优选为605℃~610℃，所述三区的温度优选为575℃~580℃。所述氨分解气为氢气和氮气。所述氢气的气速优选为4m3/h~8m3/h，所述氮气的气速优选为8m3/h~12m3/h。为了使混合粉末扩散充分，保证烧结温度是一个缓慢的变化过程，所述网带式还原炉的网速优选为15Hz~20Hz，更优选为16Hz~18Hz。
本发明采用烧结法制备了预合金胎体粉末，通过三个区域的控温加热，使混合粉末仅发生烧结的初期阶段即粘结阶段，在粘结阶段粉末通过成核、结晶长大等原子过程形成烧结颈，整个过程粉末不会收缩，因此通过烧结后，金刚石预合金胎体粉末的松装密度减小，从而使成型压力减小，成形性好，将其应用于金刚石锯片的刀头，使金刚石锯片既锋利又耐磨，提高了金刚石锯片的使用寿命。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的预合金粉末的制备方法进行详细介绍，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
a）按重量计将83%的铜包铁粉，7%的锡粉，6%的镍粉，3%的锌粉，1%的钴粉，用V形混料机混合1小时，得到混合粉末，所述铜包覆铁粉的粒度为75微米，所述铜包铁粉中铜含量为铜包铁粉的35wt%，铁含量为铜包铁粉的65wt%；
b）将混合粉末置于通有氨分解气体的网带式还原炉里面进行扩散烧结，扩散温度：一区560℃、二区610℃、三区580℃，氢气的气速为5m3/h，氮气的气速为10m3/h，还原炉的网速18Hz，得到烧结块；
c）将烧结块用粉碎机对粉块进行破碎，然后再用振筛机筛分成200目的预合金胎体粉末。
对预合金胎体粉末进行测试，本发明制备的预合金胎体粉末的松装密度为2.6g/cm3，而用传统雾化法生产的预合金粉末的松装密度一般在3.0以上。同时测试了预合金胎体粉末的力学性能，试验结果表明，采用本发明的方法制备的预合金胎体粉末的强度比相同条件下(同级配、同粘结金属、同烧结温度)雾化法制备的预合金胎体粉末成型性好，胎体粉末的强度提高了15%，冲击韧性提高了5%，极压条件下耐磨性提高了20%。
实施例2
a）按重量计将88%的铜包铁粉，5%的锡粉，5%的镍粉，1%的锌粉，1%的钴粉，用V形混料机混合0.5小时，得到混合粉末，铜包覆铁粉的粒度为75微米，所述铜包铁粉中铜含量为铜包铁粉的28wt%，铁含量为铜包铁粉的72wt%；
b）将混合粉末置于通有氨分解气体的网带式还原炉里面进行扩散烧结，扩散温度：一区550℃、二区600℃、三区570℃，氢气的气速为5m3/h，氮气的气速为10m3/h，还原炉的网速18Hz，得到烧结块；
c）将烧结块用粉碎机对粉块进行破碎，然后再用振筛机筛分成300目粉末，得到预合金胎体粉末。
对预合金胎体粉末进行测试，本发明制备的预合金胎体粉末的松装密度为2.5g/cm3。
实施例3
a）按重量计将78%的铜包铁粉，8%的锡粉，10%的镍粉，2.5%的锌粉，1.5%的钴粉，用V形混料机混合1.5小时，得到混合粉末，铜包覆铁粉的粒度为55微米，所述铜包铁粉中铜含量为铜包铁粉的49wt%，铁含量为铜包铁粉的51wt%；
b）将混合粉末置于通有氨分解气体的网带式还原炉里面进行扩散烧结，扩散温度：一区570℃、二区620℃、三区590℃，氢气的气速为5m3/h，氮气的气速为10m3/h，还原炉的网速18Hz，得到烧结块；
c）将烧结块用粉碎机对粉块进行破碎，然后再用振筛机筛分成280目的粉末，得到预合金胎体。
对预合金胎体粉末进行测试，本发明制备的预合金胎体粉末的松装密度为2.7g/cm3。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种预合金胎体粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a）将78wt%～88wt%的铜包铁粉、5wt%～10wt%的镍粉、1wt%～5wt%的锌粉、5wt%～8wt%的锡粉和0.5wt%～1.5wt%的钴粉混合，得到混合粉末；
b）将所述混合粉末依次在还原炉的三个区域加热，一区的温度为550℃～570℃，二区的温度为600℃～620℃，三区的温度为570℃～590℃，得到烧结块；
c）将所述烧结块破碎筛分，得到预合金胎体粉末。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铜包铁粉的粒度为45um～75um。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铜包铁粉中铜的含量为所述铜包铁粉的28wt%～49wt%，铁的含量为所述铜包铁粉的51wt%～72wt%。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合的混合时间为0.5h～1.5h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b）中所述混合粉末置于氨分解气中加热。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述氨分解气为氢气和氮气。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述氢气的气速为4m3/h～8m3/h。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述氮气的气速为8m3/h～12m3/h。
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