全预合金化粉末及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及粉末冶金技术领域，尤其是一种全预合金化粉末及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 金刚石工具绝大多数采用粉末冶金法制成，先将结合剂与人造金刚石颗粒相混 合，再经压制成形、烧结而成。
[0003]结合剂（亦称胎体)在很大程度上影响着金刚石工具的性能，一般是由钴、铜、锡、 铁、镍等多种元素调配而成，与金刚石颗粒混合均匀后，通过压形、烧结达到设定的形状、密 度与力学性能，这种多元素机械混合粉末存在烧结温度较高、元素合金化不充分、金相组织 不均匀、烧结难以达到完全致密化、元素熔点悬殊时烧结不易控制等缺点，导致胎体的耐磨 性、把持性得不到应有发挥，同时较高温度烧结对金刚石性能有损害且不经济。
[0004]为提高结合剂的性能，人们在20世纪90年代提出了预合金粉末概念，即将多元素 通过一定工艺先行合金化，由于预合金粉末合金化充分、组织均匀，这样可以克服机械混合 粉末的缺点，能大大提高烧结制品的抗压、抗弯强度，而且能降低烧结温度，缩短烧结时间， 比如同样组分构成的体系，热压烧结温度可下降80~150°C，不仅对金刚石原始性能的高温 损伤减小，而且省电、节约石墨模具，在切割性能相同的情况下降低生产成本。即使在较低 温度烧结，也能得到均匀的微观组织和完全致密化的烧结体，其中的低熔点金属也不会较 早流失，从而使烧结体的耐磨性和把持性得到充分发挥。
[0005]预合金粉末的制取方法主要有雾化法、化学共沉淀法和机械合金化法，化学共沉 淀法是采用共沉淀氧化物还原的工艺，粉末的粒径小、松比低，有利于刀头的烧结，但全氧 含量偏高，工艺控制较难，价格居高，而且对环境有污染;机械合金化法是采用高能球磨的 工艺，能实现一些特殊元素的合金化，粉末的自由能较高，但能效低，后续钝化处理在技术 上有困难;雾化法是采用熔炼雾化工艺，产能大、成本低，粉末的合金化程度高、成分均匀， 但松比高、成形性差。
[0006] 在上述三种制备方法中，以雾化法在工业应用中最为广泛，水雾化法制备的预合 金粉末比同成分单质混合粉末能够提高综合性能，但由于成形性差，预合金粉末占比超过 50%时，压制废品率明显增加，在胎体中使用比例受到限制。
[0007]如何提高雾化粉的成形性成为预合金粉制造厂的努力方向。亟待发展不用添加其 他粉末的全预合金粉。
【发明内容】
[0008]本发明需要解决的技术问题是提供一种全预合金化粉末及其制备方法，提高全预 合金化粉末的成形性、烧结密度和烧结强度，金刚石工具刀头中全部使用全预合金化粉末 作为结合剂，充分发挥全预合金粉末烧结温度低、工艺范围宽、对金刚石把持力好的优点。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
[0010] 全预合金化粉末，所述全预合金化粉末的组成成分及重量百分含量为，
[0011]Fe30~65%，Cu15~45%，Sn1 ~15%，Ni0~15%，Co1 ~30%，Qt0~5%，其 中Qt选自此、0、11、？、1的其中一种或几种，余量为不可避免的杂质。
[0012] 本发明技术方案的进一步改进在于:所述全预合金化粉末的组成成分及重量百分 含量为，
[0013] 卩〇35~62%，〇115~40%，5113~12%，附0~12%，(：〇3~30%，0七0~2%，其 中Qt选自此、0、11、？、1的其中一种或几种，余量为不可避免的杂质。
[0014]本发明的技术方案还包括：
[0015] 全预合金化粉末的制备方法，所述制备方法包括以下工艺步骤，
[0016] A、将全预合金化粉末的原料分出一部分Cu作为包覆层原料，剩余部分为母体芯核 原料；
[0017] B、将步骤A中的母体芯核原料采用高压水雾化制粉方法制成母体芯核粉末；
[0018] C、将步骤A中的包覆层原料以氧化铜粉末的形式与步骤B中制备的母体芯核粉末 置于混合设备中混合至颜色均匀，得到混合粉末；
[0019] D、将步骤C中的混合粉末置于还原炉中进行还原扩散，得到结块料；
[0020]E、对步骤D中的结块料进行破碎、筛分制得全预合金化粉末。
[0021] 本发明技术方案的进一步改进在于:所述步骤A中，分出的作为包覆层原料的Cu占 全预合金化粉末的重量百分含量为10~25%。
[0022] 本发明技术方案的进一步改进在于:所述步骤B中高压水雾化制粉方法的工艺条 件为，过热度为100~150°C，漏眼直径为4~6mm，高压水压为50~70MPa，真空干燥温度为90 ~110°C，母体芯核粉末的粒度小于270目，氧含量小于0.6%。
[0023]本发明技术方案的进一步改进在于:所述步骤C中，氧化铜粉末的粒度小于325目， 混合设备为球磨机，球磨机的装料量为容积的1/2~2/3,球径为6~10_，球料比2:1~5:1， 干混，混合时间1~2h。
[0024] 本发明技术方案的进一步改进在于:所述步骤D中，还原炉中进行还原扩散的保护 气氛为液氨制氢分解气或氢气。
[0025] 本发明技术方案的进一步改进在于:所述步骤D中，还原炉中进行还原扩散的温度 为600~750°C，还原扩散的时间为2~6h，还原扩散后，物料在保护气氛中冷却至50°C以下 出炉。
[0026] 本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤E中，全预合金化粉末的粒度小于 200目，氧含量小于0.4%。
[0027] 本发明技术方案的进一步改进在于:所述制备方法制备出的全预合金化粉末的冷 压成型压力为350~450MPa，生坯强度为15.0~25.0MPa，无压烧结温度830~900°C，烧结致 密度达到98%以上。
[0028] 由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
[0029] 本发明制备出的全预合金化粉末用作金刚石工具的结合剂，具有优异的的耐磨 性，对金刚石颗粒较高的把持性，良好的低温烧结性，良好的成形性和优良的焊接性。
[0030] 本发明的全预合金化粉末的制备方法中，利用氧化铜的易还原性和铜的良好塑 性，将粉末的合金化分为两步，第一步将母体芯核成分通过高压水雾化制粉方法制成母体 芯核粉末，作为第二步扩散合金化的芯核;第二步将少部分铜以氧化铜形式与芯核在球磨 机中混合均匀，然后移至还原炉进行还原扩散，使还原后的铜扩散到芯核上，利用铜的良好 塑性提高成形性，从而制得全预合金化粉末。
[0031] 本发明的制备方法，在还原炉内的还原扩散过程中，母体芯核表面的氧化物及混 入的氧化铜被氢气还原，夺去氧化物中的氧，还原后的母体芯核颗粒和铜颗粒的表面是纯 净的，活性高，同时由于还原过程中伴随有水蒸气的产生，促进了铜的润湿，使其均匀地铺 展在母体芯核表面，再经过高温扩散，铜与母体芯核形成一定的冶金结合。
[0032] 本发明的制备方法，作为包覆层原料的铜占全预合金化粉末的重量百分比应为10 ~25%，当低于10%时，表面的铜膜太薄，在压制时起不到对母体芯核的粘结作用；当超过 25 %时，铜会完全包裹住母体芯核，除与母体芯核的扩散结合外，富集的铜会降低粉末压制 密度，而且在烧结时会降低粉末与金刚石颗粒的把持力。
[0033] 本发明全预合金化粉末具有成分均匀、成形性好的优点，全预合金粉末在结合剂 中的占比可达到80%以上，可以直接添加金刚石制作金刚石工具，压制与烧结工艺性好，并 且本发明对制备环境及原材料的纯度要求较低，对环境无污染，适用于工业化生产。
【具体实施方式】
[0034] 本发明公开了全预合金化粉末，全预合金化粉末的组成成分及重量百分含量为，
[0035]Fe30~65%，Cu15~45%，Sn1 ~15%，Ni0~15%，Co1 ~30%，Qt0~5%，其 中Qt选自此、0、11、？、1的其中一种或几种，余量为不可避免的杂质。
[0036] 优选地，全预合金化粉末的组成成分及重量百分含量为，
[0037] 卩〇35~62%，〇115~40%，5113~12%，附0~12%，(：〇3~30%，0七0~2%，其 中Qt选自此、0、11、？、1的其中一种或几种，余量为不可避免的杂质。
[0038] 更优选地，全预合金化粉末的组成成分及重量百分含量为，
[0039] 卩〇40~60%，〇120~35%，5113~10%，附3~10%，(：〇8~20%，0七0~2%，其 中Qt选自此、0、11、？、1的其中一种或几种，余量为不可避免的杂质。
[0040] 本发明还公开了全预合金化粉末的制备方法，包括以下工艺步骤，
[0041] A、将全预合金化粉末的原料分出一部分Cu作为包覆层原料，剩余部分为母体芯核 原料。
[0042] 具体地，分出的作为包覆层原料的Cu占全预合金化粉末的重量百分含量为10~ 25%，作为包覆层原料的Cu以氧化铜的形式进行加料。
[0043] B、将步骤A中的母体芯核原料采用高压水雾化制粉方法制成母体芯核粉末。
[0044] 具体地，高压水雾化制粉方法的具体过程及工艺条件为:根据母体芯核原料中各 组分的重量百分含量进行配料，优选块状、棒装或片状原材