CN104004970A

CN104004970A - 一种金刚石锯切工具用预合金粉末

Info

Publication number: CN104004970A
Application number: CN201410102683.1A
Authority: CN
Inventors: 崔毅; 汪志荣; 方旭; 何薇; 占建伟
Original assignee: JIANDE YITONG METAL POWDER CO Ltd
Current assignee: Hangzhou Yitong New Materials Co., Ltd.
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2034-03-20
Also published as: CN104004970B

Abstract

本发明公开了一种金刚石锯切工具用预合金粉末，本发明所述预合金粉末各成分的重量百分比组成为：Cu20-25%，Co5-10%，Ni1-3%，Cr3-6%，余量为Fe。本发明作为金刚石锯切工具用胎体的原材料，氧含量低、粒度微细、成份均匀无偏析，颗粒形貌不规则，不容易被二次氧化，不容易团聚，预合金粉末的合金化充分，所得胎体组织均匀，具有高硬度和高冲击强度，对金刚石的机械把持力佳。

Description

一种金刚石锯切工具用预合金粉末

技术领域

本发明涉及粉末冶金领域，特别涉及一种金刚石锯切工具用预合金粉末。

背景技术

在金刚石工具业中，胎体材料普遍做法是将多种单元素金属粉末（如铁粉、铜粉、钴粉等）进行机械混合而获得，混合粉颗粒较粗，粉末表面易氧化，烧结活性差，要求烧结温度高，这种方法获得的金刚石工具胎体成分不均匀，不能达到完全合金化，为克服上述缺点，提高金刚石工具胎体的性能，原料粉末厂家开始研究预合金粉末，预合金粉末比机械混合粉末元素分布均匀，从根本上避免了成分偏析，使胎体组织均匀，性能趋于一致，同时预合金化大大降低了烧结过程中金属原子的扩散所需的激活能，烧结性能好，烧结温度低，烧结时间缩短。

CN1792518A的发明公开了一种用于制备金刚石工具专用预合金粉的共沉淀法，它包括下述工艺步骤： a.将被沉淀物和沉淀剂分别置于高位槽中，通过导管进入双管并流反应器混合沉淀，之后将所产生的沉淀物输送至沉淀物储罐中；在还原过程中，采用阶梯升温的方法进行还原；c.对还原后的物料在管式还原炉内进行钝化处理:其控制温度为室温，压力为常压，并在高纯氮的载气条件下通入1/10000的氧气，通4～8次，每次1分钟，中间停10～30s，之后再通入1/100氧气，通2～4次，每次1分钟，中间停10～30s。该方法存在的问题是预合金粉的含氧量较高，不利于烧结。此外，现有预合金粉还存在易于二次氧化的问题，同时由于预合金粉颗粒较细，容易团聚，这样在使用时金属胎体与金刚石的扩散连接不均匀，导致对金刚石的机械把持力不佳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金刚石锯切工具用预合金粉末，作为金刚石锯切工具用胎体的原材料，氧含量低、粒度微细、成份均匀无偏析，颗粒形貌不规则，不容易被二次氧化，不容易团聚，预合金粉末的合金化充分，所得胎体组织均匀，具有高硬度和高冲击强度，对金刚石的机械把持力佳。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种金刚石锯切工具用预合金粉末，所述预合金粉末各成分的重量百分比组成为：Cu 20-25%，Co 5-10%，Ni 1-3%，Cr 3-6%，余量为Fe；

所述预合金粉末的制备方法包括以下步骤：

（1）将原材料按照配比投入到电炉内，升温熔化，将熔融的金属液在1600-1650℃保温1-5min；

（2）再将金属液经漏包底部漏孔流下，金属液流由上至下依次穿过脉冲磁场及环形喷盘，环形喷盘的喷嘴喷射高压水流将金属液流击碎形成金属粉末进入雾化桶内，雾化桶内充氮气进行气体保护；

（3）收集雾化桶内的金属粉末在氮气气氛下烘干；

（4）烘干后的金属粉末过筛，然后进入还原炉还原；

（5）还原后的金属粉末进入锤式破碎机破碎，然后进入高压磨粉机中碾压破碎至平均粒径在6-10微米的细粉，最后将收集的细粉真空包装。

本发明通过将熔融的金属液在1600-1650℃保温1-5min，以使得合金元素之间混合的更均匀，保证金刚石工具胎体的成分均匀，合金化程度好。

在金刚石工具的制备过程中，合金元素的溶解、扩散与粉末的形貌粒度有很大的关系，粉末粒度越细，表面越不规则，其比表面能越大，熔点越低，越易与其他粉末进行扩散反应，从而大大提高烧结制品的抗压、抗弯强度，提高对金刚石的把持力，增加金刚石工具的锋利度，延长工具的使用寿命。本发明先对金属液流采用脉冲磁场处理，配合超高压水雾化和还原后的碾压破碎工艺，保证了预合金粉末粒度微细的同时，形状很不规则。

本发明采用特定的预合金粉末配方配合特定的制备方法，所得预合金粉末氧含量低、粒度微细、成份均匀无偏析，颗粒形貌不规则，预合金粉末的合金化充分，所得胎体组织均匀，具有高硬度和高冲击强度。

本发明先对金属液流采用脉冲磁场处理，脉冲磁场施加于金属液流，可以对金属液流起振荡作用，使得合金元素之间的成分混合更均匀，使得预合金粉末成份均匀无偏析，另一方面，脉冲磁场对金属液流（熔体）振荡作用，使得金属液流内外温度差快速减小，均匀化金属液流温度，这样在下方的超高压水流的冷却雾化下，形成的颗粒会更细化。本发明以高压水流达85-100Mpa的压力喷射金属液流使其雾化成颗粒，85-100Mpa的压力会使得形成的颗粒形貌不规则，虽然85Mpa以上的高压会使得高压水流汇集点以下产生明显的紊流区，使形成的颗粒发生碰撞形成颗粒聚合，使得平均粒径的上升，但是本发明在高压水流处理前有脉冲磁场处理以使得高压水流处理颗粒更细小，以减少85Mpa以上高压所带来的颗粒平均粒径上升的不利影响，同时本发明在高压水流处理后有碾压粉碎的步骤，使得最终的产品颗粒细小，从而最终得到粒度微细、成份均匀无偏析，颗粒形貌不规则的预合金粉末。

作为优选，步骤（2）中金属液以60-80kg/min的流量经漏包底部漏孔流下。

作为优选，步骤（2）中所述脉冲磁场的脉冲发生电压在250-300V，脉冲频率在15-20赫兹，所述脉冲磁场由环形电磁铁产生，环形电磁铁的厚度在10-20cm，金属液流穿过环形电磁铁的中心。控制脉冲磁场这样的参数，能使得最终得到粒度微细、成份均匀无偏析，颗粒形貌不规则的预合金粉末。

作为优选，步骤（2）中所述环形喷盘的喷嘴以金属液流为对称轴对称设置在环形喷盘两侧，环形喷盘的喷嘴与金属液流的夹角为60-75度，环形喷盘的喷嘴头部与金属液流的距离为3-5cm。

喷嘴头部与金属液流的距离越近与形成颗粒的规则度有关，距离越近越不规则，距离太近会对颗粒大小产生较大影响，因此需要合理喷嘴头部与金属液流的距离，保证处理效果。喷嘴与金属液流的夹角与形成颗粒的规则度有关，夹角越大，颗粒越不规则，夹角过大会对颗粒大小产生较大影响，因此需要合理控制喷嘴与金属液流的夹角，保证处理效果。

作为优选，步骤（2）中环形喷盘的喷嘴喷射的高压水流的水压为85-100Mpa。喷射压力越大，颗粒表面形貌越不规则，氧含量越低，反之颗粒表面越规则，因此需要合理控制喷射压力，保证处理效果，即不能太大，也不能太小。本发明控制水压为85-100Mpa以保证颗粒形貌不规则，但是压力过大，能搞不但高，而且产生的紊流会更强，最终的颗粒平均粒径反而会过大。

作为优选，步骤（3）中烘干的温度为300-400℃，烘干至水分含量在5%以下。

作为优选，步骤（4）中还原炉的还原气氛为氨分解气，氨分解气投入流量为15-25m³/h，还原温度为600-650℃，还原时间为3-5h。本发明还原温度高，还原效果好，氧含量更低。还原炉还原后，粉末会有轻微的结块现象，因此本发明先将其经锤式破碎机将结块破碎，再进一步碾压破碎成更细小不规格的颗粒。

作为优选，步骤（5）中高压磨粉机内通氮气保护，高压磨粉机的碾压力在1500-2000kg，转速在160-180r/min。高压磨粉机的碾压破碎，不能能使得颗粒的形貌更不规则，同时颗粒也会更细小，合理控制高压磨粉机的碾压力和转速，以获得较佳的效果。

作为优选，步骤（5）中细粉经表面处理后再真空包装，表面处理具体为：将质量浓度为40-50%的有机铬络合物偶联剂无水乙醇溶液与细粉混合10-30min，然后再加入质量浓度为40-50%的钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂无水乙醇溶液在80-100℃下混合30-60min。

发明人发现预合金粉存在易于二次氧化的问题，同时由于颗粒较细，容易团聚，用于制备金刚石锯切工具时与金刚石颗粒的混合均匀性不好，导致制得的金刚石锯切工具产品性能不佳。

因此，发明人进行了探索研究，通过实验研究后发现，先通过使用有机铬络合物偶联剂对细粉进行第一次表面处理，有机铬络合物偶联剂能有效渗入细粉与细粉的间隙，使细粉颗粒间相对隔离，能有效的提高细粉的分散性，然后再通过添加钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂对细粉进行第二次表面处理，使钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂等偶联剂有效的包裹细粉，进一步的防止了细粉的团聚，同时防止细粉的氧化，表面处理后的细粉，尤其是有机铬络合物偶联剂能改善与金刚石的浸润性，增强对金刚石的把持力，从而提高了预合金粉的有效使用率。有机铬络合物偶联剂、钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂均配成无水乙醇溶液的形式添加，这样与细粉的混合均匀性好，起效好，最后混合时控制温度在80-100℃也能同时蒸发掉无水乙醇。

作为优选，有机铬络合物偶联剂的用量为细粉重量的0.1-0.3%，钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂的用量为细粉重量的0.5-1%。

本发明的有益效果是：

1、粒度微细，成份均匀无偏析，颗粒形貌不规则。

2、不易于二次氧化，不容易团聚，增强对金刚石的把持力，制得的金刚石锯切工具产品性能佳。

3、预合金粉末的合金化充分，所得胎体组织均匀，具有高硬度和高冲击强度。

附图说明

图1是本发明的一种工艺流程图。

图中：1、漏包，2、金属液流，3、脉冲磁场，4、环形喷盘，5、喷嘴，6、雾化桶。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

实施例1：

一种金刚石锯切工具用预合金粉末，所述预合金粉末各成分的重量百分比组成为：Cu 20%，Co 5%，Ni 1%，Cr 3%， Fe 71%。

如图1所示，所述预合金粉末的制备方法包括以下步骤：

（1）将原材料按照配比投入到电炉内，升温熔化，将熔融的金属液在1600℃保温5min。

（2）再将金属液以60kg/min的流量经漏包1底部漏孔流下，金属液流2由上至下依次穿过脉冲磁场3及环形喷盘4，环形喷盘4的喷嘴5喷射高压水流将金属液流2击碎形成金属粉末进入雾化桶6内，雾化桶6内充氮气进行气体保护。

脉冲磁场的脉冲发生电压在250V，脉冲频率在15赫兹，所述脉冲磁场由环形电磁铁产生，环形电磁铁的厚度在10cm，金属液流穿过环形电磁铁的中心。

环形喷盘的喷嘴以金属液流为焦点均布在环形喷盘上，环形喷盘的喷嘴与金属液流的夹角为60度，环形喷盘的喷嘴头部与金属液流的距离为5cm。环形喷盘的喷嘴喷射的高压水流的水压为100Mpa。

（3）收集雾化桶6内的金属粉末在氮气气氛下烘干，烘干的温度为300℃，烘干至水分含量在5%以下。

（4）烘干后的金属粉末过筛，然后进入还原炉还原，还原炉的还原气氛为氨分解气，氨分解气投入流量为15m³/h，还原温度为600℃，还原时间为3h。

（5）还原后的金属粉末进入锤式破碎机破碎，然后进入高压磨粉机中碾压破碎至平均粒径在6-10微米的细粉，高压磨粉机内通氮气保护，高压磨粉机的碾压力在1500kg，转速在160r/min，细粉表面处理，表面处理具体为：将质量浓度为40%的有机铬络合物偶联剂（市售，美国杜邦公司，牌号为Volan）无水乙醇溶液与细粉混合10min，然后再加入质量浓度为40%的钛酸酯偶联剂（市售，型号NXT-105）无水乙醇溶液在80℃下混合60min，有机铬络合物偶联剂的用量为细粉重量的0.1%，钛酸酯偶联剂的用量为细粉重量的0.5%；最后真空包装。

实施例2：

一种金刚石锯切工具用预合金粉末，所述预合金粉末各成分的重量百分比组成为：Cu 25%，Co 10%，Ni 3%，Cr 6%，Fe 56%。

如图1所示，所述预合金粉末的制备方法包括以下步骤：

（1）将原材料按照配比投入到电炉内，升温熔化，将熔融的金属液在1650℃保温1min。

（2）再将金属液以80kg/min的流量经漏包1底部漏孔流下，金属液流2由上至下依次穿过脉冲磁场3及环形喷盘4，环形喷盘4的喷嘴5喷射高压水流将金属液流2击碎形成金属粉末进入雾化桶6内，雾化桶6内充氮气进行气体保护。

脉冲磁场的脉冲发生电压在300V，脉冲频率在20赫兹，所述脉冲磁场由环形电磁铁产生，环形电磁铁的厚度在20cm，金属液流穿过环形电磁铁的中心。

环形喷盘的喷嘴以金属液流为焦点均布在环形喷盘上，环形喷盘的喷嘴与金属液流的夹角为75度，环形喷盘的喷嘴头部与金属液流的距离为3cm。环形喷盘的喷嘴喷射的高压水流的水压为85Mpa。

（3）收集雾化桶6内的金属粉末在氮气气氛下烘干，烘干的温度为400℃，烘干至水分含量在5%以下。

（4）烘干后的金属粉末过筛，然后进入还原炉还原，还原炉的还原气氛为氨分解气，氨分解气投入流量为25m³/h，还原温度为650℃，还原时间为2h。

（5）还原后的金属粉末进入锤式破碎机破碎，然后进入高压磨粉机中碾压破碎至平均粒径在6-10微米的细粉，高压磨粉机内通氮气保护，高压磨粉机的碾压力在2000kg，转速在180r/min，细粉表面处理，表面处理具体为：将质量浓度为50%的有机铬络合物偶联剂（市售，美国杜邦公司，牌号为Volan）无水乙醇溶液与细粉混合30min，然后再加入质量浓度为50%的硅烷偶联剂（市售，KH550）无水乙醇溶液在100℃下混合30min，有机铬络合物偶联剂的用量为细粉重量的0.3%，硅烷偶联剂的用量为细粉重量的1%；最后真空包装。

实施例3：

一种金刚石锯切工具用预合金粉末，所述预合金粉末各成分的重量百分比组成为：Cu 22%，Co 8%，Ni 2%，Cr 4%，Fe 64%。

如图1所示，所述预合金粉末的制备方法包括以下步骤：

（1）将原材料按照配比投入到电炉内，升温熔化，将熔融的金属液在1620℃保温3min。

（2）再将金属液以70kg/min的流量经漏包1底部漏孔流下，金属液流2由上至下依次穿过脉冲磁场3及环形喷盘4，环形喷盘4的喷嘴5喷射高压水流将金属液流2击碎形成金属粉末进入雾化桶6内，雾化桶6内充氮气进行气体保护。

脉冲磁场的脉冲发生电压在280V，脉冲频率在18赫兹，所述脉冲磁场由环形电磁铁产生，环形电磁铁的厚度在15cm，金属液流穿过环形电磁铁的中心。

环形喷盘的喷嘴以金属液流为焦点均布在环形喷盘上，环形喷盘的喷嘴与金属液流的夹角为70度，环形喷盘的喷嘴头部与金属液流的距离为4cm。环形喷盘的喷嘴喷射的高压水流的水压为90Mpa。

（3）收集雾化桶6内的金属粉末在氮气气氛下烘干，烘干的温度为350℃，烘干至水分含量在5%以下。

（4）烘干后的金属粉末过筛，然后进入还原炉还原，还原炉的还原气氛为氨分解气，氨分解气投入流量为20m³/h，还原温度为620℃，还原时间为2.5h。

（5）还原后的金属粉末进入锤式破碎机破碎，然后进入高压磨粉机中碾压破碎至平均粒径在6-10微米的细粉，高压磨粉机内通氮气保护，高压磨粉机的碾压力在1800kg，转速在180r/min，细粉表面处理，表面处理具体为：将质量浓度为45%的有机铬络合物偶联剂（市售，美国杜邦公司，牌号为Volan）无水乙醇溶液与细粉混合20min，然后再加入质量浓度为45%的钛酸酯偶联剂（市售，型号NXT-101）无水乙醇溶液在90℃下混合50min，有机铬络合物偶联剂的用量为细粉重量的0.2%，钛酸酯偶联剂的用量为细粉重量的0.8%；最后真空包装。

本发明制得的预合金粉末平均粒径在6-10微米，松装密度在2.6-2.8g/cm³之间，氧含量在1000ppm以下。

将本发明制得的预合金粉烧结得胎体，烧结温度为750-800℃，烧结后胎体硬度为HRB 105-120，致密化度≥99%，抗弯强度在1300-1500Mpa。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims

1.一种金刚石锯切工具用预合金粉末，其特征在于：所述预合金粉末各成分的重量百分比组成为：Cu 20-25%，Co 5-10%，Ni 1-3%，Cr 3-6%，余量为Fe；

所述预合金粉末的制备方法包括以下步骤：

（3）收集雾化桶内的金属粉末在氮气气氛下烘干；

（4）烘干后的金属粉末过筛，然后进入还原炉还原；

（5）还原后的金属粉末进入锤式破碎机破碎，然后进入高压磨粉机中碾压破碎至平均粒径在6-10微米的细粉，最后真空包装。

2.根据权利要求1所述的一种金刚石锯切工具用预合金粉末，其特征在于：步骤（2）中金属液以60-80kg/min的流量经漏包底部漏孔流下。

3.根据权利要求1或2所述的一种金刚石锯切工具用预合金粉末，其特征在于：步骤（2）中所述脉冲磁场的脉冲发生电压在250-300V，脉冲频率在15-20赫兹，所述脉冲磁场由环形电磁铁产生，环形电磁铁的厚度在10-20cm，金属液流穿过环形电磁铁的中心。

4.根据权利要求1或2所述的一种金刚石锯切工具用预合金粉末，其特征在于：步骤（2）中所述环形喷盘的喷嘴以金属液流为焦点均布在环形喷盘上，环形喷盘的喷嘴与金属液流的夹角为60-75度，环形喷盘的喷嘴头部与金属液流的距离为3-5cm。

5.根据权利要求4所述的一种金刚石锯切工具用预合金粉末，其特征在于：步骤（2）中环形喷盘的喷嘴喷射的高压水流的水压为85-100Mpa。

6.根据权利要求1或2所述的一种金刚石锯切工具用预合金粉末，其特征在于：步骤（3）中烘干的温度为300-400℃，烘干至水分含量在5%以下。

7.根据权利要求1或2所述的一种金刚石锯切工具用预合金粉末，其特征在于：步骤（4）中还原炉的还原气氛为氨分解气，氨分解气投入流量为15-25m³/h，还原温度为600-650℃，还原时间为2-3h。

8.根据权利要求1或2所述的一种金刚石锯切工具用预合金粉末，其特征在于：步骤（5）中高压磨粉机内通氮气保护，高压磨粉机的碾压力在1500-2000kg，转速在160-180r/min。

9.根据权利要求1或2所述的一种金刚石锯切工具用预合金粉末，其特征在于：步骤（5）中细粉经表面处理后再真空包装，表面处理具体为：将质量浓度为40-50%的有机铬络合物偶联剂无水乙醇溶液与细粉混合10-30min，然后再加入质量浓度为40-50%的钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂无水乙醇溶液在80-100℃下混合30-60min。

10.根据权利要求9所述的一种金刚石锯切工具用预合金粉末，其特征在于：有机铬络合物偶联剂的用量为细粉重量的0.1-0.3%，钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂的用量为细粉重量的0.5-1%。