CN106048393A - 一种金刚石工具胎体粉FeCu30的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金刚石工具胎体粉FeCu30的制备方法，按下述步骤制备：1、铜铬中间合金的制备；2铜铬锆合金的制备；3、FeCu30的制备。该方法使得铜铬锆合金具有良好的稳定性和较高的金属铬收得率，还可以缩短铜铬锆合金的冶炼时间，用含有铬、锆两种微量元素的粉末生产的金刚石工具具有很好的锋利度、寿命及自锐性。

Description

一种金刚石工具胎体粉FeCu30的制备方法

技术领域

本专利发明涉及真空感应熔炼和中频电炉熔炼技术，特别是一种金刚石工具胎体粉FeCu30的制备方法。

背景技术

金刚石具有无与伦比的高硬度，在人类早期的生产活动中就被加工硬质材料（如陶瓷、珠宝）的最佳工具。18世纪近代工业的发展，需要大量的金刚石工具。人们用机械卡固铆镶加钎焊等技术，制造金刚石工具。20世界30年代以来，随着粉末冶金技术的发展，引起了金刚石工具制造工艺的技术性革命，目前用粉末冶金技术制造的金刚石工具具有锋利度好、胎体对金刚石把持力好等优点。近年来，随着金刚石工具的发展，人们要求粉末对金刚石有更好的把持力，同时要求金刚石工具具有良好的自锐性，这就对金刚石胎体粉末有更高的要求。2015年10月第5期第35卷《金刚石与磨料磨具工程》公开了雾化法生产FeCu30合金粉的工艺研究，用水雾化法制造金刚石工具用FeCu30合金粉末，通过对原材料Fe和Cu按7：3的质量比例进行称量，用中频熔炼熔化，进行雾化破碎。该方法雾化要求水压高，雾化时间长，生产效率低，易导致粉末氧含量增加，加重炉壁的烧损，降低炉体使用寿命。再进行还原处理和破碎处理，工艺复杂，不易控制，制备的FeCu30合金粉硬度和抗弯强度有限。

发明内容

本发明专利所需要解决的技术问题是提供一种金刚石工具胎体粉FeCu30的制备方法，该方法使得铜铬锆合金具有良好的稳定性和较高的金属铬收得率，还可以缩短铜铬锆合金的冶炼时间，用含有铬、锆两种微量元素的粉末生产的金刚石工具具有很好的锋利度、寿命及自锐性。

为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种金刚石工具胎体粉FeCu30的制备方法，其特征在于按下述步骤制备：

（一）铜铬中间合金的制备

（1）选用粒度为10-15mm的金属铬，将铜块放于石墨坩埚的底部，金属铬放于加料斗的各分仓中；（2）将石墨坩埚抽真空并送电加热，铜块开始融化时停止抽真空，并充入0.01—0.02MPa氩气；（3）继续送电直到铜块熔化完毕，通过加料斗分批加入金属铬，控制前后批金属铬的加入时间间隔，待前一批金属铬熔化完全，再加入后一批金属铬；（4）金属铬加入完毕后，精炼15分钟，调整温度至1200—1250℃，浇注成铜铬中间合金；

（二）铜铬锆合金的制备

（1）对铜铬中间合金纵向锯切，将铜块和铜铬中间合金装入石墨坩埚，并使铜铬中间合金处于石墨坩埚的中下部；（2）装料完毕后合盖抽真空并送电加热，铜块开始熔化时停止抽真空，并充入0.01—0.02MPa氩气；（3）继续送电直到铜块和铜铬中间合金熔化完毕，精炼15分钟，通过加料斗加入锆，再精炼5分钟，调整温度至1200—1250℃，浇注成型铜铬锆合金；

（三）FeCu30的制备

将制备FeCu30的原材料工业纯铁、铜铬锆合金、铜块准备好，先将工业纯铁加入到中频炉中，待纯铁融化一部分后，再将铜块加入炉内，最后加入铜铬锆合金，待原材料全部融化后，精炼2分钟，降温，将炉温控制在1450—1500℃时，通过石墨倒流嘴进行雾化喷粉，待粉末冷却后进行收粉、烘干。

采用上述技术方案的有益效果：本发明通过真空冶炼技术制备的铜铬锆中间合金，使得铬锆两种元素均匀的分布于铜中，采用铜铬中间合金的锯切方式，可以控制比重偏析对铜铬锆中间合金成分的影响。再通过冶炼方式将铜铬锆中间合金加入到FeCu30中，解决了铬锆难以以合金化存在于合金粉中。铬锆两种元素在高温状态下对金刚石有良好的浸润性、降低金刚石的润湿角，并且与铜形成合金化，可提高胎体对金刚石的包镶力。采用铜铬锆中间合金生产FeCu30，解决了普通水雾化难以将铬锆两种元素添加到FeCu30中的难题。铜铬锆合金是指以铜为基体，加入铬和锆形成的合金。之后再以熔炼的方式加入到金刚石工具预合金粉FeCu30中。用此方法制成的合金粉可提高胎体对金刚石把持力、包镶力，同时用含有铬、锆两种微量元素的粉末生产的金刚石工具具有很好的锋利度及寿命。

具体实施方式

通过下面的实施步骤可以详细解释本发明。

1、制备铜铬中间合金

在真空熔炼炉中将称好的54.8kg铜块装入石墨坩埚底部，将粒度为10—15mm的3.5kg铬四等分装入加料斗的四个分仓。装料完毕后合盖抽真空，当真空度小于10Pa时送电加热。铜块开始熔化时停止抽真空，并充入0.01—0.02MPa氩气。继续送电直到铜块融化完毕，通过加料斗分批加入金属铬，控制前后批金属铬加入的时间间隔,待前一批金属铬基本熔化完全，再加入后一批金属铬。金属铬加入完毕后，精炼15分钟，精炼结束后调整铜液温度至1200—1250℃之间，然后开始浇注。待铜铬中间合金冷却至300℃以下即可脱模。由此制备的铜铬中间合金的化学成分质量百分比为：Cu：94.0%，Cr：6.0%。

2、制备铜铬锆合金

对铜铬中间合金进行纵向切取6.417kg，称取铜块48.495kg，锆0.088kg。将铜块装入石墨坩埚底部，铜铬中间合金装入石墨坩埚中下部，锆装入加料斗。装填完毕后合盖抽真空，当真空度小于10Pa时送电加热。铜块开始熔化时停止抽真空，并充入0.01—0.02MPa氩气。继续送电直到铜块和铜铬中间合金熔化完毕，精炼15分钟，通过加料斗加入锆，再精炼5分钟，精炼结束后调整铜液温度至1200—1250℃之间，然后开始浇注。待铜铬锆合金冷却至300℃以下即可脱模。

表1 铜铬锆合金的配料成分及化学分析成分wt%

元素	Cr	Zr	Cu
				范围	0.6-0.90	0.07-0.15	余量
配料成分	0.7	0.16	余量
				化学分析成分	0.68	0.11	余量

3、将制成的铜铬锆合金加入到FeCu30中。

将制取的铜铬锆合金锯切2kg，再准备31.5kg工业纯铁，11.5kg铜块。先将工业纯铁加入到中频炉中，待工业纯铁熔化2/3后，再加入铜块，最后加入铜铬锆合金。待金属全部熔化后，精炼5分钟，精炼结束后，调整钢水温度至1450—1500℃之间，然后开始雾化。待雾化完毕后，将收粉桶内的合金粉末收集，然后烘干、筛分、还原。

FeCu30合金粉中各种元素配料成分kg：

材料	铜铬锆合金	铜	纯铁
				配料成分	2	11.5	31.5

FeCu30合金粉中各种元素化学成分分析wt%：

元素	Cr	Zr	Cu	Fe
					范围	0.03	0.01	29.96	70.00

通过此方式成功在金刚石工具胎体粉FeCu30中添加了微量的铬、锆两种元素。

Claims (1)

1.一种金刚石工具胎体粉FeCu30的制备方法，其特征在于按下述步骤制备：

铜铬中间合金的制备

（1）选用粒度为10-15mm的金属铬，将铜块放于石墨坩埚的底部，金属铬放于加料斗的各分仓中；（2）将石墨坩埚抽真空并送电加热，铜块开始融化时停止抽真空，并充入0.01—0.02MPa氩气；（3）继续送电直到铜块熔化完毕，通过加料斗分批加入金属铬，控制前后批金属铬的加入时间间隔，待前一批金属铬熔化完全，再加入后一批金属铬；（4）金属铬加入完毕后，精炼15分钟，调整温度至1200—1250℃，浇注成铜铬中间合金；

（二）铜铬锆合金的制备

（1）对铜铬中间合金纵向锯切，将铜块和铜铬中间合金装入石墨坩埚，并使铜铬中间合金处于石墨坩埚的中下部；（2）装料完毕后合盖抽真空并送电加热，铜块开始熔化时停止抽真空，并充入0.01—0.02MPa氩气；（3）继续送电直到铜块和铜铬中间合金熔化完毕，精炼15分钟，通过加料斗加入锆，再精炼5分钟，调整温度至1200—1250℃，浇注成型铜铬锆合金；

（三）FeCu30的制备

将制备FeCu30的原材料工业纯铁、铜铬锆合金、铜块准备好，先将工业纯铁加入到中频炉中，待纯铁融化一部分后，再将铜块加入炉内，最后加入铜铬锆合金，待原材料全部融化后，精炼2分钟，降温，将炉温控制在1450—1500℃时，通过石墨倒流嘴进行雾化喷粉，待粉末冷却后进行收粉、烘干。