CN103266258B

CN103266258B - 稀土预合金粉末及其制备方法

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Publication number: CN103266258B
Application number: CN201310185271.4A
Authority: CN
Inventors: 邱瑜铭; 董先龙
Original assignee: Jiangsu Feng Tai Tools Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Feng Tai Tools Co., ltd
Priority date: 2013-05-20
Filing date: 2013-05-20
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2033-05-20
Also published as: CN103266258A

Abstract

本发明涉及一种稀土预合金粉末，所述稀土预合金粉末通过水雾化处理得到，并且所述预合金粉末含有以下组份：36-45wt％的Cu、5-8wt％的Sn、5-8wt％的Ni、0.5-1.5wt％的Ce、8-12wt％的Co和26-43wt％的Fe。本发明所述的稀土预合金粉烧结温度为740～800℃，抗弯强度大于1000Mpa，金刚石的利用率达50％以上，产品的使用寿命提高30％以上，产品的锋利度提高20％以上。本发明所述的预合金粉末适用范围宽，可广泛应用于各种规格的花岗岩切割锯片。

Description

稀土预合金粉末及其制备方法

技术领域

本发明涉及金刚石切削工具的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种稀土预合金粉末及其制备方法。

背景技术

金刚石是已知材料中硬度最高的材料，因而金刚石切削工具成为加工各种坚硬材料不可或缺的材料。金刚石切削工具是将金属粉末和人造金刚石颗粒相混合，经压制和烧结而成。经过40多年的发展，中国超硬材料行业取得巨大进步，获得快速发展，应用领域不断扩大，已广泛应用于石材，建筑、石油、电子、机械制造等诸多行业。超硬材料未来发展前景越来越广阔。但是我国超硬材料技术发展还不能满足行业发展的需要，尤其是对配方体系研究还远远落后于韩国、意大利等发达国家。目前我们配方体系主要还是以较粗的单质元素粉为成分主体，由于不同单质元素粉末粒径及其分布、形貌相及晶体结构纯度、含氧量和比表面积等因素都直接显著影响最终胎体材料的物理化学性能。同时单质元素粉末在合成金属胎体时需要足够高的温度和足够长的时间，才能完成多组元素粉末合金化，这会对金刚石产生很大热损伤，大大降低了金刚石强度，严重影响产品质量。因此采用单质元素粉末作为成分主体的产品经常出现质量水平低，质量稳定差，对金刚石把持力差，使用寿命短，锋利差等状况。金属预合金粉末在金刚石工具发达国家已广泛应用，而我国是近几年来才逐步规模化推广应用。金属预合金粉末的应用，是今后国内外超硬材料工具行业获得创新发展的必由之路，而我国在此方面的发展相对落后，除基础类的Fe-Cu合金外，迫切需要三组元及其以上的多元化专业预合金粉末，而多组元的均匀组合是其它制备方法如化学法、电解法等方式很难完成的，而水雾化方式则可实现任意组元的合金化组配，成分调整灵活多变，生产便捷廉价，粉末综合性价比高，是目前国内的主流发展方向。

发明内容

为了解决现有技术中单质元素粉末配制胎体产生的质量稳定性差，合金化程度低，对金刚石把持力差，烧结温度高等技术问题，本发明的目的是提供了一种稀土预合金粉末及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：

一种稀土预合金粉末，其特征在于所述稀土预合金粉末通过水雾化处理得到，并且所述预合金粉末含有以下组份：36-45wt％的Cu、5-8wt％的Sn、5-8wt％的Ni、0.5-1.5wt％的Ce、8-12wt％的Co和26-43wt％的Fe。

其中，所述预合金粉末由以下组份组成：36-45wt％的Cu、5-8wt％的Sn、5-8wt％的Ni、0.5-1.5wt％的Ce、8-12wt％的Co和26-43wt％的Fe。

其中，所述预合金粉末中还含有3-5wt％的Si或B。

其中，所述预合金粉末由以下组份组成：38-42wt％的Cu、5-8wt％的Sn、5-8wt％的Ni、0.5-1.5wt％的Ce、3-5wt％的Si或B、8-12wt％的Co和26-40wt％的Fe。

其中，所述水雾化处理工艺中，使用的雾化水压力≥40MPa；并且所述预合金粉末还经过还原处理，还原处理后预合金粉末中氧含量＜2500ppm。

其中，所述预合金粉末的最大直径≤44μm。

本发明的第二方面，还涉及一种稀土预合金粉末的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)按照比例称取金属粉末原料，所述的金属粉末原料包括36-45wt％的Cu、5-8wt％的Sn、5-8wt％的Ni、0.5-1.5wt％的Ce、8-12wt％的Co和26-43wt％的Fe；

(2)将称量好的金属粉末原料混合并加热熔化形成合金液，利用压力≥40MPa的水流对所述合金液进行喷射雾化，形成合金粉末；

(3)对所述合金粉末进行干燥和还原退火处理得到所述的稀土预合金粉末，其中还原退火气氛采用氢气退火，退火温度为720-750℃，退火时间为20-30分钟，还原退火后所述稀土预合金粉末中氧含量＜2500ppm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)对金刚石工具金属结合剂中单质金属材料首先采用水雾化预合金工艺，改变以往配方由单质粉料混合烧结后胎体均匀性差，成分易偏折，合金化程度低，烧结温度高，质量稳定性差的等诸多缺点，提高金属结合剂的物理化学性能，增强产品质量的稳定性。

(2)在预合金粉中添加稀土元素和适量的Sn，不仅有效地降低了合金粉的熔点，提高了液态合金对金刚石的浸润性，而且还起到了细化合金晶粒的作用，改善并且提高了胎体的力学性能，不仅显著提高金属胎体对金刚石把持能力，还提高了胎体本身的硬度，其HRC可以到30以上，不仅显著增强了金刚石工具的寿命，而且还使得烧结胎体组织均匀、细腻，致密化程度高(99％以上)，红硬性好，磨损性能好，可极大改善工具锋利度。

(3)本发明所述的稀土预合金粉烧结温度为740～810℃，抗弯强度大于1000Mpa，金刚石的利用率达50％以上，产品的使用寿命提高30％以上，产品的锋利度提高20％以上。本发明所述的预合金粉末适用范围宽，可广泛应用于各种规格的花岗岩切割锯片。

附图说明

图1为实施例1所述稀土预合金粉末SEM形貌图；

图2为实施例1所述稀土预合金粉末烧结胎体对金刚石包镶状态SEM形貌图；

图3为实施例2所述稀土预合金粉末SEM形貌图；

图4为实施例2所述稀土预合金粉末烧结胎体对金刚石包镶状态SEM形貌图；

图5为实施例3所述稀土预合金粉末SEM形貌图；

图6为实施例3所述稀土预合金粉末烧结胎体对金刚石包镶状态SEM形貌图。

具体实施方式

以下将结合具体实施方式对本发明的技术方案做进一步的阐述。

本发明的稀土预合金粉末，通过水雾化处理得到并且所述预合金粉末含有以下组份：36-45wt％的Cu、5-8wt％的Sn、5-8wt％的Ni、0.5-1.5wt％的Ce、8-12wt％的Co和26-43wt％的Fe。

上述稀土预合金粉末通过以下工艺制备得到：

A.配料：按上述配比称取各组元素金属料；

B.冶炼：在中频感应炉中依次加料，于1400～1500℃温度下熔化；

C.水雾化制粉：将熔化的金属除渣后倒入中间漏包进入雾化装置，以惰性气体氮气为保护气氛，以水压为50MPa的水流对液态金属熔流进行喷射雾化，使其成为预合金粉末；

D.干燥筛分：收集雾化粉末，于烘干箱中120～150℃烘干，然后将烘干的松散粉末用-300目振动筛进行筛分；

E.还原：将筛分后的-300目以细粉末在720～750℃的还原气氛中进行还原处理；

F.破碎筛分：将还原后结块的合金粉用破碎机进行破碎筛分，-300目以细合金粉末包装入库。

通过上述方法制备实施例1-3所述的稀土预合金粉末。

实施例1

本实施例所述的稀土预合金粉末，其基本组成元素及其质量百分比配方为：Cu36wt％、Sn5wt％、Ni7wt％、Co10wt％、Ce0.6wt％，余量为Fe。理论密度：8.215g/cm³；烧结温度810℃；烧结体致密度：＞99％；烧结体抗弯强度：＞1100MPa；烧结体硬度：HRC28-30。

实施例2

本实施例所述的稀土预合金粉末，其基本组成元素及其质量百分比配方为：Cu38wt％、Sn7wt％、Ni5wt％、Co8wt％、Ce0.8wt％，余量为Fe。理论密度：8.179g/cm³；烧结温度780℃；烧结体致密度：＞99％；烧结体抗弯强度：1060MPa；烧结体硬度：HRC27-30。

实施例3

本实施例所述的稀土预合金粉末，其基本组成元素及其质量百分比配方为：40wt％的Cu、6wt％的Sn、8wt％的Ni、1.2wt％的Ce、4wt％的Si、8wt％的Co和余量的Fe。理论密度：8.152g/cm³；烧结温度770℃；烧结体致密度：＞99％；烧结体抗弯强度：1120MPa；烧结体硬度：HRC32-35。

比较例1

未合金化的金属粉末，其基本组成元素及其质量百分比配方为：40wt％的Cu、6wt％的Sn、8wt％的Ni、1.2wt％的Ce、4wt％的Si、8wt％的Co和余量的Fe。胎体烧结温度890℃。

比较例2

未合金化的金属粉末，其基本组成元素及其质量百分比配方为：40wt％的Cu、6wt％的Sn、8wt％的Ni、1.2wt％的Ce、8wt％的Co和余量的Fe。胎体烧结温度870℃。

比较例3

稀土预合金粉末(同本发明实施例的预合金方法)，其基本组成元素及其质量百分比配方为：40wt％的Cu、8wt％的Ni、1.2wt％的Ce、8wt％的Co和余量的Fe。胎体烧结温度800℃。

利用实施例1-3以及比较例1-3所述的预合金粉末或者未合金化的金属粉末制备Φ105*7mm花岗岩小锯片，采用相同品质静压强度25公斤，粒度40/50，浓度12％金刚石，其各方面性能对比如表1所示：(切割中硬64*2.0CM花岗岩)

表1

	操作工艺	压力(T)	切割效率(cm²/s)	切割寿命(M)
					实施例1	热压	4.5	3.6	132
实施例2	热压	4.5	3.5	128
					实施例3	热压	4.5	4.2	178
比较例1	热压	4.5	2.5	92
					比较例2	热压	4.5	2.7	96
比较例3	热压	4.5	2.9	108

对于本领域的普通技术人员而言，应当理解可以在不脱离本发明公开的范围以内，可以采用等同替换或等效变换形式实施上述实施例。本发明的保护范围并不限于具体实施方式部分的具体实施例，只要没有脱离发明实质的实施方式，均应理解为落在了本发明要求的保护范围之内。

Claims

1.一种稀土预合金粉末，其特征在于：所述稀土预合金粉末通过水雾化处理得到，并且所述预合金粉末含有以下组份：36-45wt％的Cu、5-8wt％的Sn、5-8wt％的Ni、0.5-1.5wt％的Ce、8-12wt％的Co和26-43wt％的Fe；所述水雾化处理工艺中，使用的雾化水压力≥40MPa；并且所述预合金粉末还经过还原处理，还原处理后预合金粉末中氧含量＜2500ppm。

2.根据权利要求1所述的稀土预合金粉末，其特征在于所述预合金粉末由以下组份组成：36-45wt％的Cu、5-8wt％的Sn、5-8wt％的Ni、0.5-1.5wt％的Ce、8-12wt％的Co和26-43wt％的Fe。

3.根据权利要求1所述的稀土预合金粉末，其特征在于所述预合金粉末中还含有3-5wt％的Si或B；并且所述各组分之和等于100wt％。

4.根据权利要求1所述的稀土预合金粉末，其特征在于所述预合金粉末由以下组份组成：38-42wt％的Cu、5-8wt％的Sn、5-8wt％的Ni、0.5-1.5wt％的Ce、3-5wt％的Si或B、8-12wt％的Co和26-40wt％的Fe。

5.一种稀土预合金粉末的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(2)将称量好的金属粉末原料混合并加热熔化形成合金液，利用压力≥40MPa的雾化水对所述合金液进行冷却粉碎处理，形成合金粉末；

(3)对所述合金粉末进行干燥和还原退火处理得到所述的稀土预合金粉末，其中还原退火气氛采用氢气退火，退火温度为250-300℃，退火时间为20-30分钟，还原退火后所述稀土预合金粉末中氧含量＜2500ppm。

6.根据权利要求5所述的稀土预合金粉末的制备方法，其特征在于所述预合金粉末由以下组份组成：36-45wt％的Cu、5-8wt％的Sn、5-8wt％的Ni、0.5-1.5wt％的Ce、8-12wt％的Co和26-43wt％的Fe。

7.根据权利要求5所述的稀土预合金粉末的制备方法，其特征在于所述预合金粉末由以下组份组成：38-42wt％的Cu、5-8wt％的Sn、5-8wt％的Ni、0.5-1.5wt％的Ce、3-5wt％的Si或B、8-12wt％的Co和26-40wt％的Fe。