[发明专利]一种高强耐磨粉末冶金复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种粉末冶金复合材料，具体涉及一种利用碳纳米管为强化材料、粉末冶金混合材料为基础胎体、金刚石为耐磨相的高强耐磨粉末冶金复合材料，属超硬材料范畴。

背景技术

目前，对于破碎岩石所使用的粉末冶金孕镶金刚石切削工具而言，切削岩石的效率、寿命和整体强度是评价其性能好坏的三大指标，国内外基本选用50—300目多种金属粉末和单晶或聚晶金刚石按照一定比例均匀混合，采用热压或无压浸渍法而形成的具有切削或磨削功能的制备方法来实现，此三项参数通常很难同时提高。已经公开的粉末冶金配方种类很多，有WC基、铜基和铁基等。通过加热（或加热加压）的方法，利用粉末冶金工艺向金属粉末胎体中一定体积的金刚石制备的特殊材料，其中金刚石作为硬质点和耐磨相，被镶嵌于合金胎体中。中国地质大学（武汉）王伟雄等研究表明在铁基胎体中添加0.1-0.8wt%稀土元素La，可以提高富铁胎体在高温时的定压热容；肖俊玲等研究表明磷P加入金刚石铁基胎体中，有效的组织了铁对金刚石的热侵蚀作用，同时含P胎体对金刚石具有良好的镶嵌能力和工具良好的自锐性。由于金刚石复合材料的性能主要取决于金刚石本身的性能以及用来包镶金刚石的金属粉末胎体材料的性能，因此研究的热点主要集中在提高金刚石的自身性能、金刚石进行表面改性及优化胎体材料配方设计以提高胎体材料对金刚石的包镶能力，选择具有高抗弯强度及高耐磨性的胎体材料以使金刚石工具适用于更严酷的工作的环境。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强耐磨粉末冶金复合材料。

本发明的另一目的是提供一种高强耐磨粉末冶金复合材料的制备方法。

本发明利用纤维强化机理，采用粉末冶金工艺，向粉末中加入一定量的碳纳米管材料，以制备具有良好综合性能的金刚石复合材料，以实现胎体材料的强度和耐磨性同时提高的目的，从而提高金刚石工具的工作效率和使用寿命。

本发明之高强耐磨粉末冶金复合材料是由胎体粉末和金刚石颗粒制成，所述的胎体粉末是由基础合金胎体粉末与碳纳米管构成，所述基础合金胎体粉末与碳纳米管的体积比为200：1～20：1；胎体粉末和金刚石颗粒的体积比是19：1～3：2；所述的基础胎体粉末是WC基、铁基或铜基。

本发明之高强耐磨粉末冶金复合材料的制备方法包括以下步骤：

（1）、将WC基或铁基或铜基基础胎体粉末各成分按比例混合均匀，得到基础合金胎体粉末；

（2）、将步骤（1）所述制得的基础合金胎体粉末和碳纳米管按照体积比200：1～20：1的比例进行配料，首先将碳纳米管放入高纯酒精或丙酮溶液中超声波振动进行充分搅拌，然后放入基础合金胎体粉末中混合搅拌，使混合粉料在容器中呈可流动的糊状（以静止时不分层为标准），用搅拌机搅拌10-50min，形成包含碳纳米管的均匀胎体粉末；

（3）、将步骤（2）中所述制得的胎体粉末和金刚石颗粒按体积比19：1～3：2进行混合配料，然后用搅拌机搅拌10-30min，得到最终需要的混合均匀的孕镶金刚石的粉末材料；

（4）、烧制方法为热压或无压浸渍烧结法：将步骤（3）中所得粉末材料装入石墨模具中，热压烧结，烧结温度为980℃，保温5-30min,压力为100-150kgf/cm²；无压浸渍烧结温度为1020-1180℃，保温20-60min。

利用本发明制备的碳纳米管纤维强化金刚石复合材料，其综合性能良好，胎体硬度和整体强度明显提高，胎体对金刚石的包镶能力增强，耐磨性能增加。

实施例1：

热压WC基胎体配方：首先将WC粉（50%）、663青铜粉（22%）、YG6（18%）、Ni粉（5%）、Mn粉（3%）,Co粉（2%），放入混料容器中，用三维混料机进行机械球磨24小时；称量0.05%碳纳米管于耐高温坩埚中（于乙醇中超声波震动10min,真空烘干箱中100℃的条件下烘干30min），混入均匀的金属粉料，搅拌30min，制得混合粉体；然后再加入金刚石20%，搅拌30min，制得最终的复合材料粉体。将以上所得粉体加入模具中，热压烧结，烧结温度为980℃，保温5min，压力为100kgf/cm²，获得所要孕镶金刚石切削齿。

实施例2：

无压浸渍WC基胎体配方：称重60-400目铸造WC粉88g、雾化镍粉12g、碳纳米管材料0.05g。其混料方法与实施例1相同。将以上所得粉体加入模具中，上面放入100g铜合金浸渍金属，无压浸渍法烧结，烧结温度为1170，℃保温30min，获得所要孕镶金刚石切削齿。