CN112676562A - 一种添加稀土的高性能金属预制粉制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了金属粉末材料领域的一种添加稀土的高性能金属预制粉制备方法，所述高性能金属预制粉用于金刚石金属胎体的烧结，所述预制粉是由铁基粉98％和稀土硅铁2％构成，稀土硅铁是由稀土：17％‑37％，Si：35％‑46％，Mn：5％‑8％，Ca：5％‑8％，Ti：6％，Fe：8％‑20％构成，所述稀土预制铁基粉采用水气联合雾化工艺制备而成。本发明中，通过添加稀土，可以在烧结过程中还原粉末表面的氧化膜，拆除氧化膜对原子扩散的障碍，加速以原子扩散为网内容的烧结过程，也即达到了预氧化烧结的效果，用稀土预制铁基粉烧结金刚石胎体的密度、硬度、抗弯强度以及胎体对金刚石的把持力等力学性能显著提高。
Description
技术领域
本发明涉及金属粉末材料领域，具体是一种添加稀土的高性能金属预制粉制备方法。
背景技术
金刚石俗称“金刚钻”，它是一种由碳元素组成的矿物，是石墨的同素异形体，化学式为C，也是常见的钻石的原身，金刚石是自然界中天然存在的最坚硬的物质，石墨可以在高温、高压下形成人造金刚石，金刚石的用途非常广泛。
金刚石复合材料主要是将金刚石颗粒作为硬质相，以金属或合金为基体材料，加入一定比例粘结剂，通过热压、浸渍等方法烧结成型，应用于不同需求的耐磨切削工件中，基体材料在使用过程中磨损均匀使金刚石颗粒裸露用以磨蚀或切削，因此金刚石复合材料的工作能力很大程度上取决于基体材料的性能，要有相当的强度，硬度和耐磨性，一般通过调节金属或合金的成分和配比，粘结剂的含量和比例，烧结方式和温度等改善基体材料强度、硬度和耐磨性以增加金刚石复合材料使用寿命和工作效率。
目前国内金刚石胎体粉普遍采用标准化、商品化的预合金粉，而国外在此基础上添加稀土镧等，也仅仅处于研究阶段。因此，本领域技术人员提供了一种添加稀土的高性能金属预制粉制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种添加稀土的高性能金属预制粉制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明公开了金属粉末材料领域的一种添加稀土的高性能金属预制粉制备方法，所述高性能金属预制粉用于金刚石金属胎体的烧结，所述预制粉由铁基粉98％和稀土硅铁2％构成，稀土硅铁是由稀土：17％-37％，Si：35％-46％，Mn：5％-8％，Ca：5％-8％，Ti：6％，Fe：8％-20％构成，所述稀土预制铁基粉采用水气联合雾化工艺制备而成。
一种添加稀土的高性能金属预制粉制备方法，包括以下步骤：
S1：分别在中频熔炼炉中将金属原料和稀土硅铁原料熔融成液体金属；
S2：把金属原料和稀土硅铁原料熔融后的金属液体倒入同一漏包坩埚，当熔融的金属液体在氮气保护下通过漏包底的漏眼流经雾化一级喷嘴时，被用氮气喷射出来气压进行预雾化，经过预雾化伞状金属液体流经二级雾化喷盘时被喷射出来的超高压水流击碎成小液滴；
S3：金属液滴在雾化桶内下落过程中快速凝固冷却为粉末态，落入雾化桶底部水中并进一步冷却至常温，得到金属胎体粉末；
S4：将金刚石加入清洗剂放入超声清洗机进行超声清洗，清洗完成后用真空干燥箱进行干燥；
S5：将S3中的金属胎体粉末经机械压制成型后为胎体和S4中的金刚石压制加入分散在胎体表面，得到烧结所需金刚石工具原料；
S6：将S4中得到的原料加入热压烧结机中，烧结温度750℃-950℃，保压压力10-20Mpa，保温时间3-10min下进行热压工艺，得到添加稀土的高性能金属预制粉。
作为本发明再进一步的方案：所述S1在熔炼过程添加惰性保护介质，防止合金在熔炼过程的氧化，金属液体的过热度为：80-150℃。
作为本发明再进一步的方案：所述S2在雾化过程中水压保持在：70-120MPa，水流量对金属流量之比为：2：1-7：1，雾化冷却速率为：104-106K/s，水射流的回旋角度范围为：0.2-0.70rad。
作为本发明再进一步的方案：所述S4中金刚石为人造金刚石。
作为本发明再进一步的方案：所述S6中热压烧结机为RYJ-5型热压烧结机。
作为本发明再进一步的方案：所述S3中雾化桶采用双层不锈钢水套冷却结构，采用循环水冷却桶体。
作为本发明再进一步的方案：所述S3中控制预合金粉末的球化时间和凝固时间，达到制备不同形貌预合金粉末的目的：当球化时间大于凝固时间时，金属熔滴来不及成球就凝固了，粉末颗粒呈不规则状；当球化时间小于凝固时间时，金属熔滴在凝固前有充足的时间球化，粉末颗粒呈球形态；当球化时间和凝固时间接近时，粉末颗粒呈类球形态
作为本发明再进一步的方案：所述S1中稀土硅铁氧含量≤0.4％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中，通过添加稀土，可以在烧结过程中还原粉末表面的氧化膜，拆除氧化膜对原子扩散的障碍，加速以原子扩散为网内容的烧结过程，也即达到了预氧化烧结的效果，且金刚石的烧结密度、硬度和抗弯强度等力学性能显著提高。
本发明中，通过加入稀土镧可还原金属氧化物，被还原的金属有效的烧结性能与金刚石之间的界面反应也较易发生，从而使得金属胎体与金刚石复合材料的粘结性能得到提高；且加入的镧可与金刚石中的碳原子发生反应，生成LuC2，这种反应的发生，起到了相当于金刚表面的改进作用，提高金属胎体与金刚石之间的粘结力。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1，一种添加稀土的高性能金属预制粉，高性能金属预制粉用于金刚石金属胎体的烧结，预制粉是由铁基粉98％和稀土硅铁2％构成，稀土硅铁是由稀土：19％，Si：39％，Mn：8％，Ca：8％，Ti：6％，Fe：20％构成，金刚石复合材料是由金刚石99.68％和稀土镧0.32％构成，稀土硅铁采用水气联合雾化工艺制备而成。
一种添加稀土的高性能金属预制粉制备方法，包括以下步骤：S1：分别在中频熔炼炉中将金属原料和稀土硅铁原料熔融成液体金属；S2：把金属原料和稀土硅铁原料熔融后的金属液体倒入同一漏包坩埚，当熔融的金属液体在氮气保护下通过漏包底的漏眼流经雾化一级喷嘴时，被用氮气喷射出来气压进行预雾化，经过预雾化伞状金属液体流经二级雾化喷盘时被喷射出来的超高压水流击碎成小液滴；S3：金属液滴在雾化桶内下落过程中快速凝固冷却为粉末态，落入雾化桶底部水中并进一步冷却至常温，得到金属胎体粉末；S4：将金刚石加入清洗剂放入超声清洗机进行超声清洗，清洗完成后用真空干燥箱进行干燥；S5：将S3中的金属胎体粉末经机械压制成型后为胎体和S4中的金刚石压制加入分散在胎体表面，得到烧结所需金刚石工具原料；S6：将S4中得到的原料加入热压烧结机中，烧结温度750℃，保压压力10Mpa，保温时间5min下进行热压工艺，得到添加稀土的高性能金属预制粉。
实施例2，一种添加稀土的高性能金属预制粉，高性能金属预制粉用于金刚石金属胎体的烧结，预制粉是由铁基粉98％和稀土硅铁2％构成，稀土硅铁是由稀土：37％，Si：35％，Mn：5％，Ca：5％，Ti：6％，Fe：12％构成，金刚石复合材料是由金刚石99.68％和稀土镧0.32％构成，稀土硅铁采用水气联合雾化工艺制备而成。
一种添加稀土的高性能金属预制粉制备方法，包括以下步骤：S1：分别在中频熔炼炉中将金属原料和稀土硅铁原料熔融成液体金属；S1在熔炼过程添加惰性保护介质，防止合金在熔炼过程的氧化，金属液体的过热度为：80℃；S2：把金属胎体原料和稀土硅铁原料熔融后的金属液体倒入同一漏包坩埚，当熔融的金属液体在氮气保护下通过漏包底的漏眼流经雾化一级喷嘴时，被用氮气喷射出来气压进行预雾化，经过预雾化伞状金属液体流经二级雾化喷盘时被喷射出来的被喷射出来的超高压水流击碎成小液滴；S3：金属液滴在雾化桶内下落过程中快速凝固冷却为粉末态，落入雾化桶底部水中并进一步冷却至常温，得到金属胎体粉末；S4：将金刚石加入清洗剂放入超声清洗机进行超声清洗，清洗完成后用真空干燥箱进行干燥；S5：将S3中的金属胎体粉末经机械压制成型后为胎体和S4中的金刚石压制加入分散在胎体表面，得到烧结所需金刚石工具原料；S6：将S4中得到的原料加入热压烧结机中，烧结温度800℃，保压压力20Mpa，保温时间3min下进行热压工艺，得到添加稀土的高性能金属预制粉。
实施例3，一种添加稀土的高性能金属预制粉，高性能金属预制粉用于金刚石金属胎体的烧结，预制粉是由铁基粉98％和稀土硅铁2％构成，稀土硅铁是由稀土：30％，Si：29％，Mn：8％，Ca：8％，Ti：6％，Fe：19％构成，稀土硅铁采用水气联合雾化工艺制备而成。
一种添加稀土的高性能金属预制粉制备方法，包括以下步骤：S1：分别在中频熔炼炉中将金属原料和稀土硅铁原料熔融成液体金属；S1在熔炼过程添加惰性保护介质，防止合金在熔炼过程的氧化，金属液体的过热度为：100℃；S2：把金属原料和稀土硅铁原料熔融后的金属液体倒入同一漏包坩埚，当熔融的金属液体在氮气保护下通过漏包底的漏眼流经雾化一级喷嘴时，被用氮气喷射出来气压进行预雾化，经过预雾化伞状金属液体流经二级雾化喷盘时被喷射出来的超高压水流击碎成小液滴；S2在雾化过程中水压保持在：70MPa，水流量对金属流量之比为：2：1，雾化冷却速率为：104K/s，水射流的回旋角度范围为：0.2rad；S3：金属液滴在雾化桶内下落过程中快速凝固冷却为粉末态，落入雾化桶底部水中并进一步冷却至常温，得到金属胎体粉末；S4：将金刚石加入清洗剂放入超声清洗机进行超声清洗，清洗完成后用真空干燥箱进行干燥；S5：将S3中的金属胎体粉末经机械压制成型后为胎体和S4中的金刚石压制加入分散在胎体表面，得到烧结所需金刚石工具原料；S6：将S4中得到的原料加入热压烧结机中，烧结温度900℃，保压压力18Mpa，保温时间10min下进行热压工艺，得到添加稀土的高性能金属预制粉。
实施例4，一种添加稀土的高性能金属预制粉，高性能金属预制粉用于金刚石金属胎体的烧结，预制粉是由铁基粉98％和稀土硅铁2％构成，稀土硅铁是由稀土：35％，Si：40％，Mn：5％％，Ca：5％％，Ti：6％，Fe：14％构成，稀土硅铁采用水气联合雾化工艺制备而成。
一种添加稀土的高性能金属预制粉制备方法，包括以下步骤：S1：分别在中频熔炼炉中将金属原料和稀土硅铁原料熔融成液体金属；S1中稀土硅铁的氧含量为0.4％；S1在熔炼过程添加惰性保护介质，防止合金在熔炼过程的氧化，金属液体的过热度为：150℃；S2：把金属原料和稀土硅铁原料熔融后的金属液体倒入同一漏包坩埚，当熔融的金属液体在氮气保护下通过漏包底的漏眼流经雾化一级喷嘴时，被用氮气喷射出来气压进行预雾化，经过预雾化伞状金属液体流经二级雾化喷盘时被喷射出来的超高压水流击碎成小液滴；S2在雾化过程中水压保持在：120MPa，水流量对金属流量之比为：7：1，雾化冷却速率为：106K/s，水射流的回旋角度范围为：0.70rad；S3：金属液滴在雾化桶内下落过程中快速凝固冷却为粉末态，落入雾化桶底部水中并进一步冷却至常温，得到金属胎体粉末；S3中雾化桶采用双层不锈钢水套冷却结构，采用循环水冷却桶体；S4：将金刚石加入清洗剂放入超声清洗机进行超声清洗，清洗完成后用真空干燥箱进行干燥；S4中金刚石为人造金刚石；S5：将S3中的金属胎体粉末经机械压制成型后为胎体和S4中的金刚石压制加入分散在胎体表面，得到烧结所需金刚石工具原料；S6：将S4中得到的原料加入热压烧结机中，烧结温度950℃，保压压力20Mpa，保温时间7min下进行热压工艺，得到添加稀土的高性能金属预制粉；S6中热压烧结机为RYJ-5型热压烧结机。
实施例5，一种添加稀土的高性能金属预制粉，高性能金属预制粉用于金刚石金属胎体的烧结，预制粉是由铁基粉98％和稀土硅铁2％构成，稀土硅铁是由稀土：31％，Si：40％，Mn：6％，Ca：6％，Ti：6％，Fe：11％构成，稀土硅铁采用水气联合雾化工艺制备而成。
一种添加稀土的高性能金属预制粉制备方法，包括以下步骤：S1：分别在中频熔炼炉中将金属原料和稀土硅铁原料熔融成液体金属；S1在熔炼过程添加惰性保护介质，防止合金在熔炼过程的氧化，金属液体的过热度为：100℃；S1中稀土硅铁的氧含量为0.3％；S2：把金属原料和稀土硅铁原料熔融后的金属液体倒入同一漏包坩埚，当熔融的金属液体在氮气保护下通过漏包底的漏眼流经雾化一级喷嘴时，被用氮气喷射出来气压进行预雾化，经过预雾化伞状金属液体流经二级雾化喷盘时被喷射出来的超高压水流击碎成小液滴；S3：金属液滴在雾化桶内下落过程中快速凝固冷却为粉末态，落入雾化桶底部水中并进一步冷却至常温，得到金属胎体粉末；S2在雾化过程中水压保持在：100MPa，水流量对金属流量之比为：3：1，雾化冷却速率为：105K/s，水射流的回旋角度范围为：0.5rad；S3中雾化桶采用双层不锈钢水套冷却结构，采用循环水冷却桶体；S3中控制预合金粉末的球化时间和凝固时间，达到制备不同形貌预合金粉末的目的：当球化时间大于凝固时间时，金属熔滴来不及成球就凝固了，粉末颗粒呈不规则状；当球化时间小于凝固时间时，金属熔滴在凝固前有充足的时间球化，粉末颗粒呈球形态；当球化时间和凝固时间接近时，粉末颗粒呈类球形态；S4：将金刚石加入清洗剂放入超声清洗机进行超声清洗，清洗完成后用真空干燥箱进行干燥；S4中金刚石为人造金刚石；S5:将S3中的金属胎体粉末经机械压制成型后为胎体和S4中的金刚石压制加入分散在胎体表面，得到烧结所需金刚石工具原料；S6：将S4中得到的原料加入热压烧结机中，烧结温度900℃，保压压力15Mpa，保温时间5min下进行热压工艺，得到添加稀土的高性能金属预制粉；S6中热压烧结机为RYJ-5型热压烧结机。
实施例6，一种添加稀土的高性能金属预制粉，高性能金属预制粉用于金刚石金属胎体的烧结，预制粉是由铁基粉98％和稀土硅铁2％构成，稀土硅铁是由稀土：24％，Si：41％，Mn：7％，Ca：7％，Ti：6％，Fe：15％构成，稀土硅铁采用水气联合雾化工艺制备而成。
一种添加稀土的高性能金属预制粉制备方法，包括以下步骤：S1：分别在中频熔炼炉中将金属原料和稀土硅铁原料熔融成液体金属；S1在熔炼过程添加惰性保护介质，防止合金在熔炼过程的氧化，金属液体的过热度为：130℃；S1中稀土硅铁的氧含量为0.2％；S2把金属原料和稀土硅铁原料熔融后的金属液体倒入同一漏包坩埚，当熔融的金属液体在氮气保护下通过漏包底的漏眼流经雾化一级喷嘴时，被用氮气喷射出来气压进行预雾化，经过预雾化伞状金属液体流经二级雾化喷盘时被喷射出来的超高压水流击碎成小液滴；S2在雾化过程中水压保持在：110MPa，水流量对金属流量之比为：5：1，雾化冷却速率为：104K/s，水射流的回旋角度范围为：0.6rad；S3：金属液滴在雾化桶内下落过程中快速凝固冷却为粉末态，落入雾化桶底部水中并进一步冷却至常温，得到金属胎体粉末；S3中雾化桶采用双层不锈钢水套冷却结构，采用循环水冷却桶体；S3中控制预合金粉末的球化时间和凝固时间，达到制备不同形貌预合金粉末的目的：当球化时间大于凝固时间时，金属熔滴来不及成球就凝固了，粉末颗粒呈不规则状；当球化时间小于凝固时间时，金属熔滴在凝固前有充足的时间球化，粉末颗粒呈球形态；当球化时间和凝固时间接近时，粉末颗粒呈类球形态；S4：将金刚石加入清洗剂放入超声清洗机进行超声清洗，清洗完成后用真空干燥箱进行干燥；S4中金刚石为人造金刚石；S5：将S3中的金属胎体粉末经机械压制成型后为胎体和S4中的金刚石压制加入分散在胎体表面，得到烧结所需金刚石工具原料；S6：将S4中得到的原料加入热压烧结机中，烧结温度800℃，保压压力10Mpa，保温时间3min下进行热压工艺，得到添加稀土的高性能金属预制粉；S6中热压烧结机为RYJ-5型热压烧结机。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种添加稀土的高性能金属预制粉，其特征在于：所述高性能金属预制粉用于金刚石金属胎体的烧结，所述预制粉是由铁基粉98％和稀土硅铁2％构成，稀土硅铁是由稀土：17％-37％，Si：35％-46％，Mn：5％-8％，Ca：5％-8％，Ti：6％，Fe：8％-20％构成，所述稀土预制铁基粉采用水气联合雾化工艺制备而成。
2.一种添加稀土的高性能金属预制粉制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：分别在中频熔炼炉中将金属原料和稀土硅铁原料熔融成液体金属；
S2：把金属原料和稀土硅铁原料熔融后的金属液体倒入同一漏包坩埚，当熔融的金属液体在氮气保护下通过漏包底的漏眼流经雾化一级喷嘴时，被用氮气喷射出来气压进行预雾化，经过预雾化伞状金属液体流经二级雾化喷盘时被喷射出来的超高压水流击碎成小液滴；
S3：金属液滴在雾化桶内下落过程中快速凝固冷却为粉末态，落入雾化桶底部水中并进一步冷却至常温，得到金属胎体粉末；
S4：将金刚石加入清洗剂放入超声清洗机进行超声清洗，清洗完成后用真空干燥箱进行干燥；
S5：将S3中的金属胎体粉末经机械压制成型后为胎体和S4中的金刚石压制加入分散在胎体表面，得到烧结所需金刚石工具原料；
S6：将S5中得到的原料加入热压烧结机中，烧结温度750℃-950℃，保压压力10-20Mpa，保温时间3-10min下进行热压工艺，得到高性能金刚石工具制品。
3.根据权利要求2所述的一种添加稀土的高性能金属预制粉制备方法，其特征在于：所述S1在熔炼过程添加惰性保护介质，防止合金在熔炼过程的氧化，金属液体的过热度为：80-150℃。
4.根据权利要求2所述的一种添加稀土的高性能金属预制粉制备方法，其特征在于：所述S2在雾化过程中水压保持在：70-120MPa，水流量对金属流量之比为：2：1-7：1，雾化冷却速率为：104-106K/s，水射流的回旋角度范围为：0.2-0.70rad。
5.根据权利要求2所述的一种添加稀土的高性能金属预制粉制备方法，其特征在于：所述S4中金刚石为人造金刚石。
6.根据权利要求2所述的一种添加稀土的高性能金属预制粉制备方法制备胎体，其特征在于：所述S6中热压烧结机为RYJ-5型热压烧结机成高性能金刚石工具。
7.根据权利要求2所述的一种添加稀土的高性能金属预制粉制备方法，其特征在于：所述S3中雾化桶采用双层不锈钢水套冷却结构，采用循环水冷却桶体。
8.根据权利要求2所述的一种添加稀土的高性能金属预制粉制备方法，其特征在于：所述S3中控制预合金粉末的球化时间和凝固时间，达到制备不同形貌预合金粉末的目的：当球化时间大于凝固时间时，金属熔滴来不及成球就凝固了，粉末颗粒呈不规则状；当球化时间小于凝固时间时，金属熔滴在凝固前有充足的时间球化，粉末颗粒呈球形态；当球化时间和凝固时间接近时，粉末颗粒呈类球形态。
9.根据权利要求2所述的一种添加稀土的高性能金属预制粉制备方法，其特征在于：所述S1中稀土硅铁的氧含量≤0.4％。
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