CN103160722A - 一种镍铝金属间化合物/金刚石复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明了一种高耐磨性的镍铝金属间化合物/金刚石复合材料及其制备方法；该复合材料各组成部分的质量百分比（wt%）为：硼粉0.1%，铜3-4%，WC粉末0-38%，镍铝金属间化合物50-77%, 金刚石颗粒8%-19%；制备方法首先将镍粉和铝粉混合球磨，形成主晶相为Ni₃Al的混合物，再加入硼粉，663青铜粉和WC粉末混合球磨，过300目筛，制得混合粉体；然后再加入金刚石颗粒混合球磨，得到最终需要的混合粉末；把混合粉末材料装入石墨模具中冷压成形；将冷压后的试片放入石墨模中，热压烧结；本发明之复合材料耐磨性、硬度和抗弯强度达到了金刚石复合片的强度要求；可以用价格较低的Ni₃Al取代价格昂贵的战略物资钴作为胎体材料，为金刚石工具行业提供一种新型的高耐磨性复合材料。

Description

一种镍铝金属间化合物/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，尤其涉及一种以Ni_-Al为金刚石工具胎体的主要材料，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

金刚石具有高硬度和高耐磨性，因此常被用来作为复合材料中的耐磨相。然而，金刚石及其复合材料有两个缺点，一是目前使用的金属胎体金刚石工具中多数以钴为主要成分，但是由于钴的价格高，并且是重要的战略物资，所以发展取代钴的新材料就极其重要。二是金刚石的热稳定性较差，在高温下金刚石会由于氧化或石墨化而丧失其硬度和耐磨性。虽然Ni-Al金属间化合物既具有金属键又具有共价键，其性能介于金属和陶瓷之间，具有耐高温、抗氧化、耐磨损等优良性能，而且具有强度随着温度上升而提高的热硬化特性，完全满足含金刚石复合材料对胎体材料的性能要求。但是由于金属间化合物的烧结制备温度较高（＞1350℃），而天然金刚石在空气中加热至850～1000℃时可燃烧。因此当金属间化合物与金刚石进行烧结复合时，既要保持金属间化合物的优良性能，又要保持金刚石固有的极高硬度不受或少受损伤，是要研究解决的技术难点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，以镍铝取代钴作为金刚石工具胎体的主要材料， 提供一种高耐磨性的镍铝金属间化合物/金刚石复合材料及其制备方法。

本发明之镍铝金属间化合物/金刚石复合材料是由硼粉，663 青铜，WC粉末，镍铝金属间化合物和40-60目的金刚石颗粒组成，各组分的质量百分比wt%为：硼粉0.1%，663 青铜3-4%，WC粉末0-38%，镍铝金属间化合物50-77%, 金刚石颗粒8%-19%。

其中，所述的Ni-Al金属间化合物中各组分原子百分比是镍87%，铝13%。

本发明之镍铝金属间化合物/金刚石复合材料的制备方法包括以下步骤：

（1） 、将镍粉和铝粉按原子百分比镍87%、铝13%配料，用三维混料机混合48小时，进行机械合金化，形成主晶相为Ni₃Al的均匀混合粉即镍铝金属间化合物；

（2） 、按照比例称取50-77%的主晶相为Ni₃Al的均匀混合粉即镍铝金属间化合物，0.1%的硼粉，3-4%的663 青铜粉， 0-38%的WC粉末， 8%-19%的金刚石颗粒；先将主晶相为Ni₃Al的均匀混合粉、硼粉，663青铜粉和WC粉末用三维混料机混合48小时，混料后的粉料通过300目筛，制得混合粉体；然后再将得到的混合粉体与金刚石颗粒进行混料2小时，得到最终需要的混合粉末。

（3）、采用先冷压成型，再热压烧结的方法；将步骤（2）制得的混合粉末材料装入石墨模具中，使用7.2吨的成型压力将混合粉末材料冷压压结成型，成型前先以模壁润滑的方式在模壁均匀涂上一薄层润滑剂即硬脂酸锌，以利脱模。

（4）、将冷压后的试片放入石墨模中，先在石墨坯周围填入2mm厚的氧化铝粉，当作隔热材料及压力传递介质以实现均匀加压的情形；热压烧结，烧结温度为960-980℃，压力为85-90Mpa；烧结时间20分钟，保温保压5分钟，然后自然冷却。

本发明的有益效果：

利用本发明之镍铝金属间化合物/金刚石复合材料，可以用价格较低的Ni₃Al取代价格昂贵的战略物资钴Co作为胎体材料，为金刚石工具行业提供一种新型的高耐磨性复合材料。加入氧化铝作为保温层。利用了反应合成Ni₃Al时的放热效应，金属间化合物-金刚石复合材料的烧结制备温度为980℃，从一定程度上解决了金刚石的热稳定性较差的问题，因此当金属间化合物与金刚石进行烧结复合时，即保持了金属间化合物的优良性能，又保持了金刚石固有的极高硬度不受或少受损伤。Ni₃Al-金刚石复合材料的耐磨性、硬度和抗弯强度达到了金刚石复合片的强度要求。

具体实施方式

实施例1：

首先将镍粉16.112g、铝粉2.326g,放在PE瓶中，用三维混料机混合48小时，然后在PE瓶中加入硼粉0.180g，663青铜粉0.228g用三维混料机混合48小时，混料后的粉料通过300目筛，制得混合粉体；然后再加入金刚石颗粒4.312g，使用7.2吨的成型压力将混合粉末冷压压结成型。将冷压后的试片放入石墨模中，在石墨坯周围填入约2mm厚的氧化铝粉，在烧结温度为980℃，压力为85MPa下热压烧结，烧结时间20分钟，保温保压5分钟，然后自然冷却。在和碳化硅砂轮对磨的条件下，所制得复合材料的磨耗比为492，抗弯强度为351MPa。

实施例2：

首先将镍粉16.112g、铝粉2.326g,放在PE瓶中，用三维混料机混合48小时，然后在PE瓶中加入硼粉0.180g，663青铜粉0.228g,WC粉5.235g,用三维混料机混合48小时。混料后的粉料通过300目筛，制得混合粉体；然后再加入金刚石颗粒2.094g，使用7.2吨的成型压力将混合粉末冷压压结成型。将冷压后的试片放入石墨模中，在石墨坯周围填入约2mm厚的氧化铝粉，在烧结温度为960℃，压力为90MPa下热压烧结；烧结时间20分钟，保温保压5分钟，然后自然冷却。在和碳化硅砂轮对磨的条件下，所制得复合材料的磨耗比为285，抗弯强度为367MPa。

Claims (3)

1.一种镍铝金属间化合物/金刚石复合材料，其特征在于：是由硼粉，663 青铜，WC粉末，镍铝金属间化合物和40-60目的金刚石颗粒组成，各组分的质量百分比wt%为：硼粉0.1%，663 青铜3-4%，WC粉末0-38%，镍铝金属间化合物50-77%, 金刚石颗粒8%-19%。

2.根据权利要求1所述一种镍铝金属间化合物/金刚石复合材料，其特征在于：所述的Ni-Al金属间化合物中各组分原子百分比是镍87%，铝13%。

3.一种权利要求1所述镍铝金属间化合物/金刚石复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1） 、将镍粉和铝粉按原子百分比镍87%、铝13%配料，用三维混料机混合48小时，进行机械合金化，形成主晶相为Ni₃Al的均匀混合粉即镍铝金属间化合物；

（2） 、按照比例称取50-77%的主晶相为Ni₃Al的均匀混合粉即镍铝金属间化合物，0.1%的硼粉，3-4%的663 青铜粉， 0-38%的WC粉末， 8%-19%的金刚石颗粒；先将主晶相为Ni₃Al的均匀混合粉、硼粉，663青铜粉和WC粉末用三维混料机混合48小时，混料后的粉料通过300目筛，制得混合粉体；然后再将得到的混合粉体与金刚石颗粒进行混料2小时，得到最终需要的混合粉末。

（3）、采用先冷压成型，再热压烧结的方法；将步骤（2）制得的混合粉末材料装入石墨模具中，使用7.2吨的成型压力将混合粉末材料冷压压结成型，成型前先以模壁润滑的方式在模壁均匀涂上一薄层润滑剂即硬脂酸锌，以利脱模；

（4）、将冷压后的试片放入石墨模中，先在石墨坯周围填入2mm厚的氧化铝粉，当作隔热材料及压力传递介质以实现均匀加压的情形；热压烧结，烧结温度为960-980℃，压力为85-90Mpa；烧结时间20分钟，保温保压5分钟，然后自然冷却。