CN110014146A - 一种镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镍钼铁铬‑金刚石合金复合粉末及其制备方法和用途,属于金刚石复合材料加工领域。按照质量百分含量,镍钼铁铬‑金刚石合金复合粉末由以下组分组成:62~80%的金刚石、5.2~13.68%的Mo、0.2~0.76%的Fe、0.18~0.57%的Cr、0.076~0.3%的Cu和余量为Ni。本发明的镍钼铁铬‑金刚石合金复合粉末为激光热喷涂、超音速火焰喷涂、等离子喷涂等提供优良防腐蚀、耐磨损、抗氧化功能复合粉末材料。
Description
技术领域
本发明属于金属粉末材料技术及先进制造应用领域,具体涉及一种镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末制造技术,主要用于超音速火焰热喷涂、等离子热喷涂和激光高速热喷涂等。
背景技术
硬面材料自硬质合金发展至表面涂层,主要有表面镀膜、喷涂WC和表面超硬合金堆焊等。在金刚石耐磨应用领域主要有金刚石镀膜、或金刚石整体材料如金刚石压头,基于金刚石自身硬度高和性脆,作为整体材料应用,既不经济也不耐用。
为了获得更高的耐磨性能,金刚石或类金刚石镀膜、涂层和整体金刚石复合材料逐渐受到科技工作者的关注,发明专利CN109234593A一种金刚石/铜基复合材料及其制备方法介绍了45-55%(wt)金刚石粉末与铜钛粉末(Ti含量0.5-2.0%)进行球磨混合,进行放电等离子热压烧结成为铜基金刚石整体块体材料。此外金刚石粉末和胶粘接固结制造的金刚石涂层砂轮片、钻头,以及各类CVD金刚石镀膜工具获得比较好的应用。
但是,金刚石性能脆性,成型方法单一,应用面受限。本发明制造一种镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末,以通过超音速火焰热喷涂、激光高速热喷涂、等离子热喷涂等方法制造含金刚石涂层的金属零部件,有效使金刚石涂层应用领域获得极大拓展。
发明内容
鉴于金刚石性能脆性,成型方法单一,应用面受限,本发明的目的是提供一种镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末,通过粉末成型金属获得含金刚石的机械零部件产品。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末,按照质量百分含量,其由以下组分组成:62~80%的金刚石、5.2~13.68%的Mo、0.2~0.76%的Fe、0.18~0.57%的Cr、0.076~0.3%的Cu和余量为Ni。
进一步的,所述镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末由核壳结构的球形或类球状颗粒组成,其外层为镍钼铁铬合金粘结相,内核为多个不规则且互不相连的金刚石颗粒,镍钼铁铬合金粘结相包覆多个互不相连的金刚石颗粒,且每个金刚石颗粒上均包覆镍钼铁铬合金粘结相。
进一步的,按照质量百分含量,所述镍钼铁铬合金粘结相的组成为:26~36%Mo、1~2%Fe、0.9~1.5%Cr、0.2~0.8%Cu和余量的Ni。
一种镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末的制备方法,包括以下步骤:
步骤1,将金刚石颗粒化学镀铜,获得化学镀铜层的金刚石颗粒;
步骤2,将Ni、FeCr合金和Mo金属混合,经真空熔炼气雾化获得球形镍钼铁铬基合金粉末;
步骤3,将步骤1得到的化学镀铜层的金刚石颗粒,步骤2得到的镍钼铁铬基合金粉末混合,并加入分散剂制成混合料;
步骤4,对步骤3的混合料加入分散剂和水,搅拌制成浆料,对浆料进行喷雾干燥造粒;
步骤5,将喷雾干燥造粒的颗粒进行Ar气保护气氛炉烧结,经筛分后获得球形度好的镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末。
进一步的,所述步骤1具体为:将粒径为1~10μm的金刚石粉末浸入氯化亚锡的盐酸水溶液敏化处理,再浸入氯化钯的盐酸水溶液活化处理,最后在含有氯化铜、甲醛、氢氧化钠和酒石酸钾钠的水溶液中进行化学镀铜,获得化学镀铜层的金刚石颗粒。其中,氯化亚锡的质量浓度为0.5~2.5%,盐酸的质量浓度为1~10%;氯化钯的质量浓度为0.01~0.5%,盐酸的质量浓度为1~10%;氯化铜的质量浓度为1~10%,甲醛的质量浓度为0.1~1.5%、氢氧化钠的质量浓度为0.5~2.5%,酒石酸钾钠的质量浓度为1~10%。
进一步的,所述步骤2中,真空熔炼气雾化的条件是:熔炼温度1050~1450℃、真空度0.5~1.0x10-1Pa、Ar气体雾化压力1.0~10.0Mpa、雾化气体流量500~2000m3/h;获得的球形镍钼铁铬合金粉末粒径为1~45μm。
进一步的,所述步骤3中,分散剂为正己烷和聚乙烯醇按体积比1:0.5:1~3的混合物,分散剂用量占化学镀铜金刚石粉末和镍钼铁铬合金粉末总质量的10~20%;造粒剂为羧甲基纤维素,用量占化学镀铜金刚石粉末和镍钼铁铬合金粉末总质量的5~12%;经湿磨8~10小时制备成混合料。
进一步的,所述步骤4中,分散剂为正己烷和聚乙烯醇按照体积比为1:2的混合物,分散剂的用量为步骤3得到的混合料的质量的80~100%;水的用量为步骤3得到的混合料的质量的60~90%;喷雾干燥造粒的条件是:喷雾的喷嘴直径0.5~1.2mm,喷雾气体压力1.0~2.0Mpa,干燥温度100~150℃。
进一步的,所述步骤5中,烧结在具备振动筛分和加热干燥功能的烧结炉中进行,烧结时通过振动筛分及时将团聚的颗粒打散;烧结温度900~1350℃,烧结时间30~110分钟,保护Ar气压力1.0~1.5Mpa,振动筛分的振动频率30~60次/分钟,烧结粉末随炉冷却至60℃以下出炉。
本发明的镍钼铁铬基金刚合金粉末能够用于超音速火焰喷涂、等离子喷涂、激光喷涂用粉末。本发明的镍钼铁铬基金刚合金粉末能够用于超音速火焰喷涂、等离子喷涂、激光喷涂用粉末。喷涂形成金刚石耐磨耐蚀涂层的机械零件表面,喷涂含金刚石涂层的结合力大于100Mpa,涂层的孔隙率小于0.5%,涂层硬度不低于HV900。
本发明的有益效果是:本发明提供的一种镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末,金刚石材料熔点4000℃以上,粘结相镍钼铁铬合金的熔点只有950~1450℃,这样仅需要在较低的粘结相熔点的温度范围内就可以制备含62~80%(wt)金刚石成分的金刚石涂层或整体零件,金刚石颗粒由冶金结合的金属粘结相固定,机械性能优良。为CVD金刚石镀膜、无机粘结金刚石涂层应用之外又拓宽新的渠道。
本发明的高金刚石含量的镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末为热喷涂提供优良防腐蚀、耐磨损、抗氧化功能复合粉末,是金刚石镀膜、金刚石砂带、金刚石涂层工具的有益补充。为制造业高性能机械零部件提供优质粉末材料。
具体实施方式
本发明的镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末,按照质量百分含量,其由以下组分组成:62~80%的金刚石、5.2~13.68%的Mo、0.2~0.76%的Fe、0.18~0.57%的Cr、0.076~0.3%的Cu和余量为Ni。
其中,镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末由核壳结构的球形或类球状颗粒组成,其外层为镍钼铁铬合金粘结相,内核为多个不规则且互不相连的金刚石颗粒,镍钼铁铬合金粘结相包覆多个互不相连的金刚石颗粒,且每个金刚石颗粒上均包覆镍钼铁铬合金粘结相。
对于镍钼铁铬合金粘结相,其是合金成分,不论复合粉末中金刚石的占比是62还是80%,镍钼铁铬合金粘结相的成分均不变;按照质量百分含量,所述镍钼铁铬合金粘结相的组成为:26~36%Mo、1~2%Fe、0.9~1.5%Cr、0.2~0.8%Cu和余量的Ni。
下面结合一些具体实施例对本发明作更进一步的说明。
实施例1:
步骤1a:将粒径为1~10μm的金刚石粉末浸入氯化亚锡的盐酸水溶液敏化处理,其中,氯化亚锡的质量浓度为0.5%,盐酸的质量浓度为1.0%;再浸入氯化钯的盐酸水溶液活化处理,其中,氯化钯的质量浓度为0.08%,盐酸的质量浓度为2.5%;最后在含有氯化铜、甲醛、氢氧化钠和酒石酸钾钠的水溶液中进行化学镀铜,其中,氯化铜的质量浓度为5%,甲醛的质量浓度为0.5%、氢氧化钠的质量浓度为0.5%,酒石酸钾钠的质量浓度为6%,获得化学镀铜层的金刚石颗粒;
步骤1b:将Ni、FeCr合金和Mo金属混合送入真空坩埚熔炼炉,经真空感应熔炼,熔炼温度1150~1200℃、真空度1.0×10-1Pa、Ar气体雾化压力2.0Mpa、雾化气体流量1200m3/h,获得球形粒径范围1~45μm的镍钼铁铬合金粉末;
步骤1c:将粒径为1~10μm的化学镀铜的金刚石粉末、球形粒径为1~45μm的镍钼铁铬合金粉末按62:38的重量百分比例混合;并加入分散剂制成混合料,分散剂为正己烷、乙醇和聚乙烯醇按体积比1:0.5:1的混合物,分散剂用量占化学镀铜金刚石粉末和镍钼铁铬合金粉末总质量的15%;造粒剂为羧甲基纤维素,用量占化学镀铜金刚石粉末和镍钼铁铬合金粉末总质量的10%,经湿磨8.5小时制备成混合料;
步骤1d:将步骤1c的制成的混合料加入分散剂和水,搅拌制成浆料;分散剂为正己烷和聚乙烯醇按照体积比为1:2的混合物,分散剂的用量为步骤1c得到的混合料的质量的100%,水的用量为步骤1c得到的混合料的质量的60%;经充分搅拌均匀后喷雾干燥造粒,喷雾的喷嘴直径0.8mm,喷雾气体压力1.5Mpa,干燥温度120~130℃;
步骤1e:将喷雾干燥造粒的颗粒在Ar气保护气氛炉进行烧结,烧结炉具备振动筛分和加热干燥功能,振动筛及时将团聚的颗粒打散,便于粉末颗粒干燥,烧结温度1100~1150℃,烧结时间60分钟,保护Ar气压力1.5Mpa,振动筛振动频率60次/分钟,烧结粉末随炉冷却至60℃以下出炉;经筛分后获得球形度好的镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末。得到的镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末的组成为:62%的金刚石、38%的镍钼铁铬粘结相;镍钼铁铬粘结相的组成为:26%Mo、1%Fe、0.9%Cr、0.8%Cu和余量的Ni。
实施例2:
步骤2a:将粒径为1~10μm的金刚石粉末浸入氯化亚锡的盐酸水溶液敏化处理,其中,氯化亚锡的质量浓度为1.5%,盐酸的质量浓度为3.6%;再浸入氯化钯的盐酸水溶液活化处理,其中,氯化钯的质量浓度为0.01%,盐酸的质量浓度为10%;最后在含有氯化铜、甲醛、氢氧化钠和酒石酸钾钠的水溶液中进行化学镀铜,其中,氯化铜的质量浓度为1.0%,甲醛的质量浓度为1.5%、氢氧化钠的质量浓度为1.5%,酒石酸钾钠的质量浓度为1%,获得化学镀铜层的金刚石颗粒;
步骤2b:将Ni、FeCr合金和Mo金属混合送入真空坩埚熔炼炉,经真空感应熔炼,熔炼温度1400~1450℃、真空度0.5×10-1Pa、Ar气体雾化压力5Mpa、雾化气体流量500m3/h,获得球形粒径范围1~45μm的镍钼铁铬合金粉末;
步骤2c:将粒径为1~10μm的化学镀铜的金刚石粉末、球形粒径为1~45μm的镍钼铁铬合金粉末按75:25的重量百分比例混合;并加入分散剂制成混合料,分散剂为正己烷、乙醇和聚乙烯醇按体积比1:0.5:3的混合物,分散剂用量占化学镀铜金刚石粉末和镍钼铁铬合金粉末总质量的20%;造粒剂为羧甲基纤维素,用量占化学镀铜金刚石粉末和镍钼铁铬合金粉末总质量的12%,经湿磨8小时制备成混合料;
步骤2d:将步骤2c的制成的混合料加入分散剂和水,搅拌制成浆料;分散剂为正己烷和聚乙烯醇按照体积比为1:2的混合物,分散剂的用量为步骤2c得到的混合料的质量的80%,水的用量为步骤2c得到的混合料的质量的80%;经充分搅拌均匀后喷雾干燥造粒,喷雾的喷嘴直径0.5mm,喷雾气体压力1.0Mpa,干燥温度100~110℃;
步骤2e:将喷雾干燥造粒的颗粒在Ar气保护气氛炉进行烧结,烧结炉具备振动筛分和加热干燥功能,振动筛及时将团聚的颗粒打散,便于粉末颗粒干燥,烧结温度1300~1350℃,烧结时间30分钟,保护Ar气压力1.2Mpa,振动筛振动频率40次/分钟,烧结粉末随炉冷却至60℃以下出炉;经筛分后获得球形度好的镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末,得到的镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末的组成为:75%的金刚石、25%的镍钼铁铬粘结相;镍钼铁铬粘结相的组成为:36%Mo、1.8%Fe、1.2%Cr、0.6%Cu和余量的Ni。
实施例3:
步骤3a:将粒径为1~10μm的金刚石粉末浸入氯化亚锡的盐酸水溶液敏化处理,其中,氯化亚锡的质量浓度为2.5%,盐酸的质量浓度为10%;再浸入氯化钯的盐酸水溶液活化处理,其中,氯化钯的质量浓度为0.5%,盐酸的质量浓度为1.0%;最后在含有氯化铜、甲醛、氢氧化钠和酒石酸钾钠的水溶液中进行化学镀铜,其中,氯化铜的质量浓度为10%,甲醛的质量浓度为0.1%、氢氧化钠的质量浓度为2.5%,酒石酸钾钠的质量浓度为10%,获得化学镀铜层的金刚石颗粒;
步骤3b:将Ni、FeCr合金和Mo金属混合送入真空坩埚熔炼炉,经真空感应熔炼,熔炼温度1050~1100℃、真空度0.5×10-1Pa、Ar气体雾化压力10Mpa、雾化气体流量2000m3/h,获得球形粒径范围1~45μm的镍钼铁铬合金粉末;
步骤3c:将粒径为1~10μm的化学镀铜的金刚石粉末、球形粒径为1~45μm的镍钼铁铬合金粉末按80:20的重量百分比例混合;并加入分散剂制成混合料,分散剂为正己烷、乙醇和聚乙烯醇按体积比1:0.5:2的混合物,分散剂用量占化学镀铜金刚石粉末和镍钼铁铬合金粉末总质量的10%;造粒剂为羧甲基纤维素,用量占化学镀铜金刚石粉末和镍钼铁铬合金粉末总质量的5%,经湿磨10小时制备成混合料;
步骤3d:将步骤2c的制成的混合料加入分散剂和水,搅拌制成浆料;分散剂为正己烷和聚乙烯醇按照体积比为1:2的混合物,分散剂的用量为步骤3c得到的混合料的质量的90%,水的用量为步骤2c得到的混合料的质量的90%;经充分搅拌均匀后喷雾干燥造粒,喷雾的喷嘴直径1.2mm,喷雾气体压力2.0Mpa,干燥温度140~150℃;
步骤3e:将喷雾干燥造粒的颗粒在Ar气保护气氛炉进行烧结,烧结炉具备振动筛分和加热干燥功能,振动筛及时将团聚的颗粒打散,便于粉末颗粒干燥,烧结温度900~950℃,烧结时间110分钟,保护Ar气压力1.0Mpa,振动筛振动频率30次/分钟,烧结粉末随炉冷却至60℃以下出炉;经筛分后获得球形度好的镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末,得到的镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末的组成为:80%的金刚石、20%的镍钼铁铬粘结相;镍钼铁铬粘结相的组成为:32%Mo、2%Fe、1.5%Cr、0.2%Cu和余量的Ni。
实施例4:
用超音速火焰喷涂镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末,在钢质零件表面喷涂形成含金刚石涂层。采用实施例2得到的镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末。喷涂时航空煤油为燃料,氧气为助燃气,喷涂工艺参数为:燃料压力1.3~1.4MPa,流量20L/h,氧气压力1.6MPa,流量38m3/h,送粉流量10kg/h,送粉气体为氮气,喷涂距离250mm。涂层表面的平均硬度HV1210。
实施例5:
在钢质零件表面等离子喷涂镍钼铁铬-金刚石合金涂层,采用实施例1得到的镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末,等离子喷涂工艺参数喷涂电压为56~58V、喷涂电流为550~570A、送粉流量8.0kg/h、喷涂距离300mm,镍钼铁铬-金刚石合金涂层厚度150~300μm,表面平均硬度HV905。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末,其特征在于:按照质量百分含量,其由以下组分组成:62~80%的金刚石、5.2~13.68%的Mo、0.2~0.76%的Fe、0.18~0.57%的Cr、0.076~0.3%Cu和余量为Ni。
2.根据权利要求1所述的镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末,其特征在于:所述镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末由核壳结构的球形或类球状颗粒组成,其外层为镍钼铁铬合金粘结相,内核为多个不规则且互不相连的金刚石颗粒,镍钼铁铬合金粘结相包覆多个互不相连的金刚石颗粒,且每个金刚石颗粒上均包覆镍钼铁铬合金粘结相。
3.根据权利要求2所述的镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末,其特征在于:按照质量百分含量,所述镍钼铁铬合金粘结相的组成为:26~36%Mo、1~2%Fe、0.9~1.5%Cr、0.2~0.8%Cu和余量的Ni。
4.一种权利要求1-3任一所述的镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1,将金刚石颗粒化学镀铜,获得化学镀铜层的金刚石颗粒;
步骤2,将Ni、FeCr合金和Mo金属混合,经真空熔炼气雾化获得球形镍钼铁铬基合金粉末;
步骤3,将步骤1得到的化学镀铜层的金刚石颗粒,步骤2得到的镍钼铁铬基合金粉末混合,并加入分散剂制成混合料;
步骤4,对步骤3的混合料加入分散剂和水,搅拌制成浆料,对浆料进行喷雾干燥造粒;
步骤5,将喷雾干燥造粒的颗粒进行Ar气保护气氛炉烧结,经筛分后获得球形度好的镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末。
5.根据权利要求4所述的镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末的制备方法,其特征在于:所述步骤1具体为:将粒径为1~10μm的金刚石粉末浸入氯化亚锡的盐酸水溶液敏化处理,其中,氯化亚锡的质量浓度为0.5~2.5%,盐酸的质量浓度为1~10%;再浸入氯化钯的盐酸水溶液活化处理,其中,氯化钯的质量浓度为0.01~0.5%,盐酸的质量浓度为1~10%;最后在含有氯化铜、甲醛、氢氧化钠和酒石酸钾钠的水溶液中进行化学镀铜,其中,氯化铜的质量浓度为1~10%,甲醛的质量浓度为0.1~1.5%、氢氧化钠的质量浓度为0.5~2.5%,酒石酸钾钠的质量浓度为1~10%,获得化学镀铜层的金刚石颗粒。
6.根据权利要求4所述的镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末的制备方法,其特征在于:所述步骤2中,真空熔炼气雾化的条件是:熔炼温度1050~1450℃、真空度0.5~1.0x10-1Pa、Ar气体雾化压力1.0~10.0Mpa、雾化气体流量500~2000m3/h;获得的球形镍钼铁铬合金粉末粒径为1~45μm。
7.根据权利要求4所述的镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末的制备方法,其特征在于:所述步骤3中,分散剂为正己烷、乙醇和聚乙烯醇按体积比1:0.5:1~3的混合物,分散剂用量占化学镀铜金刚石粉末和镍钼铁铬合金粉末总质量的10~20%;造粒剂为羧甲基纤维素,用量占化学镀铜金刚石粉末和镍钼铁铬合金粉末总质量的5~12%;经湿磨8~10小时制备成混合料。
8.根据权利要求4所述的镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末的制备方法,其特征在于:所述步骤4中,分散剂为正己烷和聚乙烯醇按照体积比为1:2的混合物,分散剂的用量为步骤3得到的混合料的质量的80~100%;水的用量为步骤3得到的混合料的质量的60~90%;喷雾干燥造粒的条件是:喷雾的喷嘴直径0.5~1.2mm,喷雾气体压力1.0~2.0Mpa,干燥温度100~150℃。
9.根据权利要求4所述的镍钼铁铬-金刚石合金复合粉末的制备方法,其特征在于:所述步骤5中,烧结在具备振动筛分和加热干燥功能的烧结炉中进行,烧结时通过振动筛分及时将团聚的颗粒打散;烧结温度900~1350℃,烧结时间30~110分钟,保护Ar气压力1.0~1.5Mpa,振动筛分的振动频率30~60次/分钟,烧结粉末随炉冷却至60℃以下出炉。
10.权利要求1-3任一所述的镍铬-金刚石合金复合粉末的用途,其特征在于:该镍钼铁铬基金刚合金粉末用于超音速火焰喷涂、等离子喷涂、激光喷涂用粉末。
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