CN103146942A - 一种纳米氧化锆弥散强化金刚石复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米氧化锆弥散强化金刚石复合材料及其制备方法，金刚石复合材料是由纳米ZrO₂粉、基础胎体和金刚石颗粒组成，所述纳米ZrO₂粉的加量为0~3 wt %，金刚石颗粒的体积百分比加入量为15~25%，所述金刚石颗粒为50/60目；所述的基础胎体是由质量分数为40%的WC粉、35%的663青铜粉、15%的YG₆合金粉末、5%的Ni粉和5%的Mn粉构成； 所述的WC粉为200目，663青铜为200目，Ni粉为200目，Mn粉为250目；将纳米ZrO₂添加基础胎体粉末中，制得胎体粉末，再将金刚石颗粒添加至上述胎体粉末中热压烧结制得纳米ZrO₂弥散强化金刚石复合材料；其是综合性能良好的高耐磨型复合材料，胎体硬度明显提高，抗弯强度满足实际需求，提高了胎体对金刚石颗粒的包镶能力，耐磨性能有极大的提高。

Description

一种纳米氧化锆弥散强化金刚石复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种金刚石复合材料，具体涉及一种利用纳米氧化锆弥散强化材料为胎体、金刚石为耐磨相的复合材料及其制备方法，属材料学领域。

背景技术

金刚石复合材料是一种用粉末冶金工艺制备的特殊材料，通常是向金属胎体中添加5~15wt%的金刚石颗粒，将金刚石颗粒镶嵌在金属胎体中，作为硬质点和耐磨相，其性能主要取决于金刚石本身的性能以及用来包镶金刚石颗粒的胎体材料的性能。因此，研究的热点主要集中在提高金刚石的自身性能、优化设计胎体配方及对金刚石进行表面改性以提高胎体材料对金刚石的包镶强度，选择具有高屈服强度及高耐磨性的胎体材料以使金刚石工具可以用于更严酷的工作场合等。

发明内容

本发明的目的是提供一种具备良好综合性能的纳米氧化锆弥散强化金刚石复合材料及其制备方法。本发明利用弥散强化机理，并采用粉末冶金工艺，向基础胎体材料中加入一定量的纳米ZrO₂颗粒，以制备具有良好综合性能的金刚石复合材料，以实现传统胎体材料难以达到的综合力学性能，从而提高金刚石工具的工作效率和使用寿命。

本发明之纳米氧化锆弥散强化金刚石复合材料是由纳米ZrO₂粉、基础胎体和金刚石颗粒组成，所述纳米ZrO₂粉的加量为0~3 wt %，金刚石颗粒的体积百分比加入量为15~25%，所述金刚石颗粒为50/60目；所述的基础胎体是由质量分数为40%的WC粉、35%的663青铜粉、15%的YG₆合金粉末、5%的Ni粉和5%的Mn粉构成； 所述的WC粉为200目，663青铜为200目，Ni粉为200目，Mn粉为250目；将纳米ZrO₂添加基础胎体粉末中，制得胎体粉末，再将金刚石颗粒添加至上述胎体粉末中制得纳米ZrO₂弥散强化金刚石复合材料。

所述的金刚石颗粒为人造金刚石颗粒。

本发明之纳米氧化锆弥散强化金刚石复合材料的制备方法包括以下步骤：

（1）、将质量分数为40%的WC粉、35%的663青铜粉、15%的YG₆合金粉末、5%的Ni粉和5%的Mn粉配料，用三维混料机混合24小时，机械球磨混料形成基础胎体均匀混合粉末；

（2）、将步骤（1）中所述制得的基础胎体均匀混合粉末和纳米ZrO2粉末按基础胎体粉末97~99.5wt%、ZrO₂粉末0.5~3wt%进行配料，并在三维混料机中球磨混料48小时，形成包含纳米ZrO2颗粒的胎体均匀粉末；

（3）、将步骤（2）中所述制得的胎体均匀粉末与金刚石颗粒按胎体均匀粉末81.25%、金刚石颗粒18.75%体积百分比进行配料，然后在三维混料机中混料2小时，得到最终需要的均匀混合粉末；

（4）、烧结工艺为石墨模具热压烧结：将步骤（3）中所得均匀混合粉末装入石墨模具中，中频热压烧结，烧结温度为980℃，压力为150-200kg/cm2，烧结时间为5-10分钟。

本发明制备的纳米氧化锆弥散强化金刚石复合材料，是综合性能良好的高耐磨型复合材料，胎体硬度明显提高，抗弯强度满足实际需求，提高了胎体对金刚石颗粒的包镶能力，耐磨性能有极大的提高。

具体实施方式

实施例1：

首先将WC粉5.317g、青铜粉4.652g、YG₆合金粉末1.994g、Ni粉0.665g和Mn粉0.665g放入50ml磨砂广口瓶中，用三维混料机进行机械球磨24小时；然后加入0.067g纳米ZrO₂粉末，用三维混料机机械球磨48小时，制得混合粉体；然后再加入金刚石颗粒0.958g，三维混料机混料2小时，制得最终的复合材料粉体。将以上所得粉体加入条形石墨模具中，中频热压烧结，烧结温度为980℃，压力为150 kg/cm2，烧结时间为5分钟，获得条形试块。经测试，所得试块的抗弯强度为586MPa，在和碳化硅砂轮对磨的条件下，其磨耗比为508。所述的WC粉为200目，663青铜为200目，Ni粉为200目，Mn粉为250目；所述金刚石颗粒为50/60目。

实施例2：

首先将WC粉5.265g、青铜粉4.607g、YG₆合金粉末1.975g、Ni粉0.658g和Mn粉0.658，放入50ml磨砂广口瓶中，用三维混料机进行机械球磨24小时；然后加入0.133g纳米ZrO₂粉末，用三维混料机机械球磨48小时，制得混合粉体；然后再加入金刚石颗粒0.958g，三维混料机混料2小时，制得最终的复合材料粉体。将以上所得粉体加入条形石墨模具中，中频热压烧结，烧结温度为980℃，压力为200 kg/cm2，烧结时间为10分钟，获得条形试块。经测试，所得试块的抗弯强度为707MPa，在和碳化硅砂轮对磨的条件下，其磨耗比为558。所述的WC粉为200目，663青铜为200目，Ni粉为200目，Mn粉为250目；所述金刚石颗粒为50/60目。

Claims (2)

1.一种纳米氧化锆弥散强化金刚石复合材料，其特征在于：是由纳米ZrO₂粉、基础胎体和金刚石颗粒组成，所述纳米ZrO₂粉的加量为0~3 wt %，金刚石颗粒的体积百分比加入量为15~25%，所述金刚石颗粒为50/60目；所述的基础胎体是由质量分数为40%的WC粉、35%的663青铜粉、15%的YG₆合金粉末、5%的Ni粉和5%的Mn粉构成； 所述的WC粉为200目，663青铜为200目，Ni粉为200目，Mn粉为250目；将纳米ZrO₂添加基础胎体粉末中，制得胎体粉末，再将金刚石颗粒添加至上述胎体粉末中制得纳米ZrO₂弥散强化金刚石复合材料。

2.一种权利要求1所述纳米氧化锆弥散强化金刚石复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）、将质量分数为40%的WC粉、35%的663青铜粉、15%的YG₆合金粉末、5%的Ni粉和5%的Mn粉配料，用三维混料机混合24小时，机械球磨混料形成基础胎体均匀混合粉末；

（2）、将步骤（1）中所述制得的基础胎体均匀混合粉末和纳米ZrO2粉末按基础胎体粉末97~99.5wt%、ZrO₂粉末0.5~3wt%进行配料，并在三维混料机中球磨混料48小时，形成包含纳米ZrO2颗粒的胎体均匀粉末；

（3）、将步骤（2）中所述制得的胎体均匀粉末与金刚石颗粒按胎体均匀粉末81.25%、金刚石颗粒18.75%体积百分比进行配料，然后在三维混料机中混料2小时，得到最终需要的均匀混合粉末；

（4）、烧结工艺为石墨模具热压烧结：将步骤（3）中所得均匀混合粉末装入石墨模具中，中频热压烧结，烧结温度为980℃，压力为150-200kg/cm2，烧结时间为5-10分钟。