CN106191625B - 金刚石复合块用铁基胎体粉及应用 - Google Patents

金刚石复合块用铁基胎体粉及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金刚石复合块用铁基胎体粉及应用，属于粉末冶金技术领域。铁基胎体粉由以下质量百分数的组分组成：铜粉10％～25％，钴粉8％～15％，镍粉8％～15％，锡粉3％～10％，铝粉0.5％～2％，余量为铁粉。其中铝粉的粒度在1000目以下，氧含量在1000ppm以下。该铝粉均匀分散在铁基胎体粉中，与其他金属粉末之间存在空隙，形成无数个微区。在金刚石烧结过程中，纳米铝粉同时与微区中的氧气以及金属粉末表面的氧化物反应，一方面阻止金属粉表面被氧化，另一方面将金属粉表面已存在的金属氧化物还原，最终生成具有高硬度的氧化铝弥散相，该弥散相对提高金刚石复合块的硬度和耐磨性发挥积极作用。

Description

金刚石复合块用铁基胎体粉及应用
技术领域
本发明涉及一种金刚石复合块用铁基胎体粉，同时还涉及该铁基胎体粉在制备金刚石复合块中的应用，属于粉末冶金技术领域。
背景技术
金刚石复合块具有硬度高、耐磨性好、刚度强等优点，在石油钻井、地质勘探、煤田钻采、机械加工、建筑、医疗等领域应用广泛。金刚石复合块是将按一定比例配制的粉末通过冷压-热压烧结或直接热压烧结的方式加工而成。烧结粉末中一般含有金刚石颗粒和金属粉末(如青铜基、钴基或铁基胎体粉等)。但是金属粉末的表面自由能较高，存放过久易被氧化，特别是在湿热环境中，部分易氧化金属粉的氧含量接近万甚至几万ppm，其存在将直接导致烧结后金刚石复合块的性能降低。如公布号CN105821279A的发明专利公开的一种金刚石刀头配方，包括以下重量份的组分：铜粉35～40份，锡粉8～11份，锌粉1～2份，钛粉6～10份，铁粉9～14份，镍粉1～5份，稀土1～4份，钨粉1～3份，金刚石13～18份，其余为铁以及不可避免的杂质。在该配方中，镍粉和钛粉能够提高刀头的硬度和耐磨性，而钨粉能够保证刀头在烧结过程中不变形或较少变形，但是却无法避免因金属粉末氧化导致烧结后金刚石刀头性能下降的问题。
目前为解决上述问题，生产中常采用短时运输、真空包装、干燥除湿环境中储存等措施，减少金属氧化物的生成。但是国内在售金属粉末普遍存在洁净度不高的问题，这些粉末在制造过程中就已被氧化含有金属氧化物，因此不能从根本上解决烧结后金刚石性能下降的问题。为获得高性能的金刚石产品，部分厂家在料粉烧结前增加了还原除氧操作，但是该处理并不能避免烧结过程中金属氧化物的出现，并且调整生产工序将增加成本，延长周期，给企业生产带来极大不便。
发明内容
本发明的目的是提供一种铁基金刚石胎体粉。
同时，本发明再提供一种铁基金刚石胎体粉的应用。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
金刚石复合块用铁基胎体粉，由以下质量百分数的组分组成：铜粉10％～25％，钴粉8％～15％，镍粉8％～15％，锡粉3％～10％，铝粉0.5％～2％，余量为铁粉。
优选的，金刚石复合块用铁基胎体粉，由以下质量百分数的组分组成：铜粉18％～22％，钴粉9％～11％，镍粉9％～11％，锡粉4％～6％，铝粉1.4％～1.6％，余量为铁粉。
所述铝粉的粒度在1000目以下，氧含量在1000ppm以下，混料前无团聚现象。
上述铁基胎体粉在制备金刚石复合块中的应用，包括：按照质量百分数准确取各组分，与金刚石颗粒混合均匀；按照常规制造工艺(如冷压-热压烧结或直接热压烧结)制得金刚石复合块。
本发明的有益效果：
本发明中金刚石复合块用铁基胎体粉包含质量百分数0.5％～2％、氧含量1000ppm以下的纳米铝粉，该铝粉均匀分散在铁基胎体粉中，与其他金属粉末之间存在空隙，形成无数个微区。在金刚石烧结过程中，纳米铝粉同时与微区中的氧气以及金属粉末表面的氧化物反应(起净化作用)，一方面阻止金属粉表面被氧化，另一方面将金属粉表面已存在的金属氧化物还原，最终生成具有高硬度的氧化铝弥散相，该弥散相对提高金刚石复合块的硬度和耐磨性发挥积极作用，并能协同其他组分增强金刚石复合块的整体性能。
本发明通过在金刚石复合块用铁基胎体粉中添加低氧含量的纳米铝粉，有效解决了料粉烧结过程中因金属氧化物生成所致金刚石复合块性能下降的难题。
附图说明
图1为纳米铝粉净化烧结前后示意图。
具体实施方式
下述实施例仅对本发明作进一步详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
实施例1
金刚石复合块用铁基胎体粉，由以下质量百分数的组分组成：铜粉20％，钴粉10％，镍粉10％，锡粉5％，铝粉1.5％，余量为铁粉。其中，铝粉为纳米级铝粉，粒度1000目，氧含量为950ppm，未发生团聚现象。
金刚石复合块的制备，包括以下步骤：
1)混料：按照体积比7:3将上述铁基胎体粉与金刚石颗粒放入混料机中混合均匀；
2)热压烧结：采用真空热压烧结机在温度820℃下烧结2min，得到金刚石复合块。
将上述金刚石复合块钎焊到低档花岗岩锯片上，与同种情况未添加纳米铝粉的金刚石复合块相比，花岗岩锯片的使用寿命提高30％。
实施例2
金刚石复合块用铁基胎体粉，由以下质量百分数的组分组成：铜粉18％，钴粉11％，镍粉9％，锡粉6％，铝粉1.4％，余量为铁粉。其中，铝粉为纳米级铝粉，粒度1000目，氧含量为950ppm，未发生团聚现象。
金刚石复合块的制备同实施例1。将该金刚石复合块钎焊到低档花岗岩锯片上，与同种情况未添加纳米铝粉的金刚石复合块相比，花岗岩锯片的使用寿命提高27％。
实施例3
金刚石复合块用铁基胎体粉，由以下质量百分数的组分组成：铜粉22％，钴粉9％，镍粉11％，锡粉4％，铝粉1.6％，余量为铁粉。其中，铝粉为纳米级铝粉，粒度1000目，氧含量为950ppm，未发生团聚现象。
金刚石复合块的制备同实施例1。将该金刚石复合块钎焊到低档花岗岩锯片上，与同种情况未添加纳米铝粉的金刚石复合块相比，花岗岩锯片的使用寿命提高28％。
实施例4
金刚石复合块用铁基胎体粉，由以下质量的组分组成：铜粉2.5kg，钴粉1kg，镍粉1kg，锡粉0.5kg，铝粉(1000目，氧含量为950ppm，未发生团聚现象)120g，铁粉4.88kg。
金刚石复合块的制备同实施例1。将该金刚石复合块钎焊到低档花岗岩锯片上，与同种情况未添加纳米铝粉的金刚石复合块相比，花岗岩锯片的使用寿命提高25％。
实施例5
金刚石复合块用铁基胎体粉，由以下质量的组分组成：铜粉2.5kg，钴粉1.5kg，镍粉0.8kg，锡粉1kg，铝粉(1000目，氧含量为950ppm，未发生团聚现象)60g，铁粉4.14kg。
金刚石复合块的制备同实施例1。将该金刚石复合块钎焊到低档花岗岩锯片上，与同种情况未添加纳米铝粉的金刚石复合块相比，花岗岩锯片的使用寿命提高18％。
实施例6
金刚石复合块用铁基胎体粉，由以下质量的组分组成：铜粉2.5kg，钴粉0.8kg，镍粉1.5kg，锡粉0.3kg，铝粉(1000目，氧含量为950ppm，未发生团聚现象)200g，铁粉4.7kg。
金刚石复合块的制备同实施例1。将该金刚石复合块钎焊到低档花岗岩锯片上，与同种情况未添加纳米铝粉的金刚石复合块相比，花岗岩锯片的使用寿命提高24％。
图1所示为纳米铝粉净化烧结前后示意图，图1a为烧结前，1b为烧结后，图中1为金属粉粒，2为净化反应微区，3为纳米铝粉，4为金刚石颗粒，5为金属粉表面氧化物，6为金属粉溶化后合金，7为未反应完纳米铝粉核，8为氧化铝。
试验例
取实施例1～6制备的金刚石复合块以及对比用金刚石复合块，测定其硬度和耐磨性指标。硬度测定采用布氏硬度计，试样大小40×8×3.2mm。耐磨性采用耐磨试验机，试样大小12×12×20mm，转速500r/min，载荷200N，时间8min。测试结果见下表1。
表1金刚石复合块的性能测试结果
由表1可知，实施例1～6中金刚石复合块的硬度及耐磨性均显著优于对比用金刚石复合块。

Claims (4)

1.金刚石用铁基胎体粉，其特征在于：由以下质量百分数的组分组成：铜粉10％～25％，钴粉8％～15％，镍粉8％～15％，锡粉3％～10％，铝粉0.5％～2％，余量为铁粉；所述铝粉的粒度在1000目以下，氧含量在1000ppm以下，无团聚。
2.根据权利要求1所述的铁基胎体粉，其特征在于：由以下质量百分数的组分组成：铜粉18％～22％，钴粉9％～11％，镍粉9％～11％，锡粉4％～6％，铝粉1.4％～1.6％，余量为铁粉。
3.如权利要求1～2中任一项所述铁基胎体粉在制备金刚石复合块中的应用。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：金刚石复合块的制备步骤为：按照质量百分数准确取各组分，与金刚石颗粒混合均匀，烧结，即得。
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