[发明专利]一种钴铁超细合金粉的制备方法

说明书

技术领域

本发明所公开的是一种钴铁超细合金粉的制备方法，特别是指制备平均粒径在0.5～5μm范围的钴铁合金粉的方法，属于新型材料技术范畴。

背景技术

孕镶金刚石制品，如应用于地质钻探的金刚石钻头和石材加工的金刚石锯片，普遍采用“热压法”烧结制备；在金刚石质量相同的条件下，金刚石制品的质量取决于胎体材料的性能(包括：硬度、强度、对金刚石的包镶性能等)。

孕镶金刚石制品的胎体由骨架成分和粘结成分组成，粘结成分也称粘结剂，一般是指胎体中的低熔点金属。要使孕镶金刚石制品具有好的性能，粘结剂必须满足以下条件：

(1)粘结相的液态要有良好的流动性，以有效地浸润骨架相和金刚石；

(2)烧结温度必须选择金刚石热损伤程度低的区域，一般为800～1100℃，超过粘结相的共晶点温度20～50℃，使粘结相熔化；

(3)合金成分分布均匀，避免成份偏析现象。

在金属中，钴对金刚石的润湿比较好，本身具有良好的综合性能，如高温的硬性、强度、韧性、抗高温氧化腐蚀力，国内外的金刚石工具用金属结合剂，大多为纯钴基、高钴基含钴70-80％、中钴基(含钴35-50％)的钴系金属合金。

纯钴粉及孕镶金刚石制品中添加的骨架材料硬质合金(如WC)，其常规结工艺烧结温度在1350℃以上，处于金刚石高速石墨化的温度区。并且，作为粘结剂的多种金属，如果以粉末形式经机械混合添加，胎体烧结温度偏高，往往不能达到完全合金化，且胎体成分也不均匀，影响金刚石制品的时效、使用寿命等整体性能。

此外，钴是十分重要的战略物质，价格昂贵，因此，在国内外的金刚石工具用金属粘结剂领域中，广为展开取代钴基胎体的研究和尝试，主要有铁基和铜基代替钴基的研究和应用，以降低成本。铁与钴的电子层数目和最外层电子数均相同，在元素周期表中的位置相邻，它们的化学性质和物理性能颇为相近，在化学中铁、钴、镍统称为铁族元素，二者的金属粉末的热压烧结温度也相差不大。但是，应该特别指出的是，钴和铁的晶体结构不同，与其它金属合金化的能力不同，合金化后的性能也不同。尤其是高温性能，钴具有良好高温硬性、热强性、抗高温氧化腐蚀力。大量实践证明，在实际使用中，合金化不当的铁基结合剂存在着如下几方面的问题：

(1)烧结温度高、可控工艺范围窄、对烧结温度的要求严格；

(2)铁在热压烧结时很容易浸蚀金刚石，使胎体与金刚石表面形成一层疏松的石墨层，削弱胎体对金刚石的结合力，导致金刚石工具的切削效率下降和使用寿命降低；

(3)铁粉活性很大，特别是细铁粉更容易氧化，含氧量接近1％的铁粉会严重影响烧结质量；

(4)简单的以铁代钴胎体的耐磨性较低。

因此，在研究以铁代钴的胎体时，必须针对以上问题，通过铁钴、铁钴铜等合金化的方法或其它工艺技术方法予以解决，方能收到好的效果。

目前制备胎体的粘结剂合金粉末，是按照设计好的配比，预先熔炼成合金，然后雾化喷粉，得到所需粒度的合金粉末，称之为预合金粉末。这种方法得到的预合金粉末，每个粉末颗粒都包含组成合金的各种金属元素，成分相当均匀。预合金粉共熔点，比合金中单元素熔点要低得多，烧结过程中，只要温度达到预合金粉末的液相线以上20～50℃，整个粘结金属成分的粉末熔化，利于降低烧结温度，减少金刚石的石墨化趋势，并且不会出现比重偏析、低熔点金属先熔与富集、易氧化及易挥发的金属在烧结过程中难控制等影响胎体性能的因素，提高烧结后的金刚石平均抗压强度。在制备孕镶金刚石制品的过程中，使用预合金粉末具有以下显著优点：

(1)孕镶金刚石制品，采用预合金粉比机械混合粉末的元素分布均匀，从根本上避免了成份偏析；

(2)预合金粉合金化充分，组织均匀，采用预合金粉末制造的金刚石工具，提高了胎体组织的致密性和均匀性，从而改善金刚石工具胎体的磨损状态，大大提高了烧结制品的抗压、抗弯强度，易于满足金刚石制品胎体性能要求；

(3)预先合金化大大降低了烧结过程中金属原子的扩散所需的激活能，降低了烧结温度，缩短了烧结时间，有利于避免金刚石高温损伤；

(4)预合金粉抗氧化能力强，保存方便，烧结性能好，可以简化金刚石工具的制造工艺，降低成本；

(5)预合金粉胎体具有高硬度和高冲击强度；

(6)预合金粉可以提高胎体对金刚石的包镶能力和把持力，提高金刚石工具的锋利度，延长工具的使用寿命；

(7)在切割性能相同的情况下，使用预合金粉可降低金刚石浓度15％-20％，使生产成本更低廉；