一種金剛石鋸切工具用預合金粉末的製作方法
2023-08-07 03:23:51
一種金剛石鋸切工具用預合金粉末的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種金剛石鋸切工具用預合金粉末，本發明所述預合金粉末各成分的重量百分比組成為：Cu20-25%，Co5-10%，Ni1-3%，Cr3-6%，餘量為Fe。本發明作為金剛石鋸切工具用胎體的原材料，氧含量低、粒度微細、成份均勻無偏析，顆粒形貌不規則，不容易被二次氧化，不容易團聚，預合金粉末的合金化充分，所得胎體組織均勻，具有高硬度和高衝擊強度，對金剛石的機械把持力佳。
【專利說明】一種金剛石鋸切工具用預合金粉末
【技術領域】
[0001]本發明涉及粉末冶金領域，特別涉及一種金剛石鋸切工具用預合金粉末。
【背景技術】
[0002]在金剛石工具業中，胎體材料普遍做法是將多種單元素金屬粉末(如鐵粉、銅粉、鈷粉等)進行機械混合而獲得，混合粉顆粒較粗，粉末表面易氧化，燒結活性差，要求燒結溫度高，這種方法獲得的金剛石工具胎體成分不均勻，不能達到完全合金化，為克服上述缺點，提高金剛石工具胎體的性能，原料粉末廠家開始研究預合金粉末，預合金粉末比機械混合粉末元素分布均勻，從根本上避免了成分偏析，使胎體組織均勻，性能趨於一致，同時預合金化大大降低了燒結過程中金屬原子的擴散所需的激活能，燒結性能好，燒結溫度低，燒結時間縮短。
[0003]CN1792518A的發明公開了一種用於製備金剛石工具專用預合金粉的共沉澱法，它包括下述工藝步驟:a.將被沉澱物和沉澱劑分別置於高位槽中，通過導管進入雙管並流反應器混合沉澱，之後將所產生的沉澱物輸送至沉澱物儲罐中；在還原過程中，採用階梯升溫的方法進行還原；c.對還原後的物料在管式還原爐內進行鈍化處理:其控制溫度為室溫，壓力為常壓，並在高純氮的載氣條件下通入1/10000的氧氣，通4~8次，每次I分鐘，中間停10~30s，之後再通入1/100氧氣，通2~4次，每次I分鐘，中間停10~30s。該方法存在的問題是預合金粉的含氧量較高，不利於燒結。此外，現有預合金粉還存在易於二次氧化的問題，同時由於預合金粉顆粒較細，容易團聚，這樣在使用時金屬胎體與金剛石的擴散連接不均勻，導致對金剛石的機械把持力不佳。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於提供一種金剛石鋸切工具用預合金粉末，作為金剛石鋸切工具用胎體的原材料，氧含量低、粒度微細、成份均勻無偏析，顆粒形貌不規則，不容易被二次氧化，不容易團聚，預合金粉末的合金化充分，所得胎體組織均勻，具有高硬度和高衝擊強度，對金剛石的機械把持力佳。
[0005]本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:
一種金剛石鋸切工具用預合金粉末，所述預合金粉末各成分的重量百分比組成為:Cu20-25%, Co 5-10%, Ni 1-3%, Cr 3_6%，餘量為 Fe ；
所述預合金粉末的製備方法包括以下步驟:
(1)將原材料按照配比投入到電爐內，升溫熔化，將熔融的金屬液在1600-1650°C保溫l_5min ；
(2)再將金屬液經漏包底部漏孔流下，金屬液流由上至下依次穿過脈衝磁場及環形噴盤，環形噴盤的噴嘴噴射高壓水流將金屬液流擊碎形成金屬粉末進入霧化桶內，霧化桶內充氮氣進行氣體保護；
(3)收集霧化桶內的金屬粉末在氮氣氣氛下烘乾；(4)烘乾後的金屬粉末過篩，然後進入還原爐還原；
(5)還原後的金屬粉末進入錘式破碎機破碎，然後進入高壓磨粉機中碾壓破碎至平均粒徑在6-10微米的細粉，最後將收集的細粉真空包裝。
[0006]本發明通過將熔融的金屬液在1600_1650°C保溫l_5min，以使得合金元素之間混合的更均勻，保證金剛石工具胎體的成分均勻，合金化程度好。
[0007]在金剛石工具的製備過程中，合金元素的溶解、擴散與粉末的形貌粒度有很大的關係，粉末粒度越細，表面越不規則，其比表面能越大，熔點越低，越易與其他粉末進行擴散反應，從而大大提高燒結製品的抗壓、抗彎強度，提高對金剛石的把持力，增加金剛石工具的鋒利度，延長工具的使用壽命。本發明先對金屬液流採用脈衝磁場處理，配合超高壓水霧化和還原後的碾壓破碎工藝，保證了預合金粉末粒度微細的同時，形狀很不規則。
[0008]本發明採用特定的預合金粉末配方配合特定的製備方法，所得預合金粉末氧含量低、粒度微細、成份均勻無偏析，顆粒形貌不規則，預合金粉末的合金化充分，所得胎體組織均勻，具有高硬度和高衝擊強度。
[0009]本發明先對金屬液流米用脈衝磁場處理，脈衝磁場施加於金屬液流，可以對金屬液流起振蕩作用，使得合金元素之間的成分混合更均勻，使得預合金粉末成份均勻無偏析，另一方面，脈衝磁場對金屬液流(熔體)振蕩作用，使得金屬液流內外溫度差快速減小，均勻化金屬液流溫度，這樣在 下方的超高壓水流的冷卻霧化下，形成的顆粒會更細化。本發明以高壓水流達85-100Mpa的壓力噴射金屬液流使其霧化成顆粒，85_100Mpa的壓力會使得形成的顆粒形貌不規則，雖然85Mpa以上的高壓會使得高壓水流匯集點以下產生明顯的紊流區，使形成的顆粒發生碰撞形成顆粒聚合，使得平均粒徑的上升，但是本發明在高壓水流處理前有脈衝磁場處理以使得高壓水流處理顆粒更細小，以減少85Mpa以上高壓所帶來的顆粒平均粒徑上升的不利影響，同時本發明在高壓水流處理後有碾壓粉碎的步驟，使得最終的產品顆粒細小，從而最終得到粒度微細、成份均勻無偏析，顆粒形貌不規則的預合金粉末。
[0010]作為優選，步驟(2)中金屬液以60_80kg/min的流量經漏包底部漏孔流下。
[0011]作為優選，步驟(2)中所述脈衝磁場的脈衝發生電壓在250-300V，脈衝頻率在15-20赫茲,所述脈衝磁場由環形電磁鐵產生,環形電磁鐵的厚度在10-20cm,金屬液流穿過環形電磁鐵的中心。控制脈衝磁場這樣的參數，能使得最終得到粒度微細、成份均勻無偏析，顆粒形貌不規則的預合金粉末。
[0012]作為優選，步驟(2)中所述環形噴盤的噴嘴以金屬液流為對稱軸對稱設置在環形噴盤兩側，環形噴盤的噴嘴與金屬液流的夾角為60-75度，環形噴盤的噴嘴頭部與金屬液流的距離為3-5cm。
[0013]噴嘴頭部與金屬液流的距離越近與形成顆粒的規則度有關，距離越近越不規則，距離太近會對顆粒大小產生較大影響，因此需要合理噴嘴頭部與金屬液流的距離，保證處理效果。噴嘴與金屬液流的夾角與形成顆粒的規則度有關，夾角越大，顆粒越不規則，夾角過大會對顆粒大小產生較大影響，因此需要合理控制噴嘴與金屬液流的夾角，保證處理效果O
[0014]作為優選，步驟(2)中環形噴盤的噴嘴噴射的高壓水流的水壓為85-100Mpa。噴射壓力越大，顆粒表面形貌越不規則，氧含量越低，反之顆粒表面越規則，因此需要合理控制噴射壓力，保證處理效果，即不能太大，也不能太小。本發明控制水壓為85-100Mpa以保證顆粒形貌不規則，但是壓力過大，能搞不但高，而且產生的紊流會更強，最終的顆粒平均粒徑反而會過大。
[0015]作為優選，步驟(3)中烘乾的溫度為300-400°C，烘乾至水分含量在5%以下。
[0016]作為優選，步驟(4)中還原爐的還原氣氛為氨分解氣，氨分解氣投入流量為15-25m3/h,還原溫度為600-65CTC,還原時間為3_5h。本發明還原溫度高，還原效果好，氧含量更低。還原爐還原後，粉末會有輕微的結塊現象，因此本發明先將其經錘式破碎機將結塊破碎，再進一步碾壓破碎成更細小不規格的顆粒。
[0017]作為優選，步驟(5)中高壓磨粉機內通氮氣保護，高壓磨粉機的碾壓力在1500-2000kg,轉速在160-180r/min。高壓磨粉機的碾壓破碎,不能能使得顆粒的形貌更不規則，同時顆粒也會更細小，合理控制高壓磨粉機的碾壓力和轉速，以獲得較佳的效果。
[0018]作為優選，步驟(5)中細粉經表面處理後再真空包裝，表面處理具體為:將質量濃度為40-50%的有機鉻絡合物偶聯劑無水乙醇溶液與細粉混合10-30min，然後再加入質量濃度為40-50%的鈦酸酯偶聯劑或矽烷偶聯劑無水乙醇溶液在80-100°C下混合30-60min。
[0019]發明人發現預合金粉存在易於二次氧化的問題，同時由於顆粒較細，容易團聚，用於製備金剛石鋸切工具時與金剛石顆粒的混合均勻性不好，導致製得的金剛石鋸切工具產品性能不佳。
[0020]因此，發明人進行了探索研究，通過實驗研究後發現，先通過使用有機鉻絡合物偶聯劑對細粉進行第一次表面處理，有機鉻絡合物偶聯劑能有效滲入細粉與細粉的間隙，使細粉顆粒間相對隔離，能有效的提高細粉的分散性，然後再通過添加鈦酸酯偶聯劑或矽烷偶聯劑對細粉進行第二次表面處理，使鈦酸酯偶聯劑或矽烷偶聯劑等偶聯劑有效的包裹細粉，進一步的防止了細粉的團聚，同時防止細粉的氧化，表面處理後的細粉，尤其是有機鉻絡合物偶聯劑能改善與金剛石的浸潤性，增強對金剛石的把持力，從而提高了預合金粉的有效使用率。有機鉻絡合物偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑或矽烷偶聯劑均配成無水乙醇溶液的形式添加，這樣與細粉的混合均勻性好，起效好，最後混合時控制溫度在80-100°C也能同時蒸發掉無水乙醇。
[0021]作為優選，有機鉻絡合物偶聯劑的用量為細粉重量的0.1-0.3%，鈦酸酯偶聯劑或矽烷偶聯劑的用量為細粉重量的0.5-1%。
[0022]本發明的有益效果是:
1、粒度微細，成份均勻無偏析，顆粒形貌不規則。
[0023]2、不易於二次氧化，不容易團聚，增強對金剛石的把持力，製得的金剛石鋸切工具產品性能佳。
[0024]3、預合金粉末的合金化充分，所得胎體組織均勻，具有高硬度和高衝擊強度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1是本發明的一種工藝流程圖。
[0026] 圖中:1、漏包,2、金屬液流,3、脈衝磁場,4、環形噴盤,5、噴嘴,6、霧化桶。
【具體實施方式】[0027]下面通過具體實施例，並結合附圖，對本發明的技術方案作進一步的具體說明。
[0028]本發明中，若非特指，所採用的原料和設備等均可從市場購得或是本領域常用的。下述實施例中的方法，如無特別說明，均為本領域的常規方法。
[0029]實施例1:
一種金剛石鋸切工具用預合金粉末，所述預合金粉末各成分的重量百分比組成為:Cu20%, Co 5%, Ni 1%，Cr 3%, Fe 71%。
[0030]如圖1所示，所述預合金粉末的製備方法包括以下步驟:
(I)將原材料按照配比投入到電爐內，升溫熔化，將熔融的金屬液在1600°C保溫5min。
[0031](2)再將金屬液以60kg/min的流量經漏包I底部漏孔流下，金屬液流2由上至下依次穿過脈衝磁場3及環形噴盤4，環形噴盤4的噴嘴5噴射高壓水流將金屬液流2擊碎形成金屬粉末進入霧化桶6內，霧化桶6內充氮氣進行氣體保護。
[0032]脈衝磁場的脈衝發生電壓在250V，脈衝頻率在15赫茲，所述脈衝磁場由環形電磁鐵產生，環形電磁鐵的厚度在10cm，金屬液流穿過環形電磁鐵的中心。
[0033]環形噴盤的噴嘴以金屬液流為焦點均布在環形噴盤上，環形噴盤的噴嘴與金屬液流的夾角為60度，環形噴盤的噴嘴頭部與金屬液流的距離為5cm。環形噴盤的噴嘴噴射的高壓水流的水壓為lOOMpa。 [0034](3)收集霧化桶6內的金屬粉末在氮氣氣氛下烘乾，烘乾的溫度為300°C，烘乾至水分含量在5%以下。
[0035](4)烘乾後的金屬粉末過篩，然後進入還原爐還原，還原爐的還原氣氛為氨分解氣，氨分解氣投入流量為15m3/h,還原溫度為600°C,還原時間為3h。
[0036](5)還原後的金屬粉末進入錘式破碎機破碎，然後進入高壓磨粉機中碾壓破碎至平均粒徑在6-10微米的細粉，高壓磨粉機內通氮氣保護，高壓磨粉機的碾壓力在1500kg，轉速在160r/min，細粉表面處理，表面處理具體為:將質量濃度為40%的有機鉻絡合物偶聯劑(市售，美國杜邦公司，牌號為Volan)無水乙醇溶液與細粉混合lOmin，然後再加入質量濃度為40%的鈦酸酯偶聯劑(市售，型號NXT-105)無水乙醇溶液在80°C下混合60min，有機鉻絡合物偶聯劑的用量為細粉重量的0.1%，鈦酸酯偶聯劑的用量為細粉重量的0.5% ;最後真空包裝。
[0037]實施例2:
一種金剛石鋸切工具用預合金粉末，所述預合金粉末各成分的重量百分比組成為:Cu25%, Co 10%, Ni 3%, Cr 6%, Fe 56%。
[0038]如圖1所示，所述預合金粉末的製備方法包括以下步驟:
(I)將原材料按照配比投入到電爐內，升溫熔化，將熔融的金屬液在1650°C保溫lmin。
[0039](2)再將金屬液以80kg/min的流量經漏包I底部漏孔流下，金屬液流2由上至下依次穿過脈衝磁場3及環形噴盤4，環形噴盤4的噴嘴5噴射高壓水流將金屬液流2擊碎形成金屬粉末進入霧化桶6內，霧化桶6內充氮氣進行氣體保護。
[0040]脈衝磁場的脈衝發生電壓在300V，脈衝頻率在20赫茲，所述脈衝磁場由環形電磁鐵產生，環形電磁鐵的厚度在20cm，金屬液流穿過環形電磁鐵的中心。
[0041]環形噴盤的噴嘴以金屬液流為焦點均布在環形噴盤上，環形噴盤的噴嘴與金屬液流的夾角為75度，環形噴盤的噴嘴頭部與金屬液流的距離為3cm。環形噴盤的噴嘴噴射的高壓水流的水壓為85Mpa。
[0042](3)收集霧化桶6內的金屬粉末在氮氣氣氛下烘乾，烘乾的溫度為400°C，烘乾至水分含量在5%以下。
[0043](4)烘乾後的金屬粉末過篩，然後進入還原爐還原，還原爐的還原氣氛為氨分解氣，氨分解氣投入流量為25m3/h,還原溫度為650°C,還原時間為2h。
[0044](5)還原後的金屬粉末進入錘式破碎機破碎，然後進入高壓磨粉機中碾壓破碎至平均粒徑在6-10微米的細粉，高壓磨粉機內通氮氣保護，高壓磨粉機的碾壓力在2000kg，轉速在180r/min，細粉表面處理，表面處理具體為:將質量濃度為50%的有機鉻絡合物偶聯劑(市售，美國杜邦公司，牌號為Volan)無水乙醇溶液與細粉混合30min，然後再加入質量濃度為50%的矽烷偶聯劑(市售，KH550)無水乙醇溶液在100°C下混合30min，有機鉻絡合物偶聯劑的用量為細粉重量的0.3%，矽烷偶聯劑的用量為細粉重量的1% ;最後真空包裝。
[0045]實施例3:
一種金剛石鋸切工具用預合金粉末，所述預合金粉末各成分的重量百分比組成為:Cu22%, Co 8%, Ni 2%, Cr 4%, Fe 64%。
[0046]如圖1所示，所述預合金粉末的製備方法包括以下步驟:
(1)將原材料按照配比投入到電爐內，升溫熔化，將熔融的金屬液在1620°C保溫3min。
[0047](2)再將金屬液以70kg/min的流量經漏包I底部漏孔流下，金屬液流2由上至下依次穿過脈衝磁場3及環形噴盤4，環形噴盤4的噴嘴5噴射高壓水流將金屬液流2擊碎形成金屬粉末進入霧化桶6內，霧化桶6內充氮氣進行氣體保護。
[0048]脈衝磁場的脈衝發生電壓在280V，脈衝頻率在18赫茲，所述脈衝磁場由環形電磁鐵產生，環形電磁鐵的厚度在15cm，金屬液流穿過環形電磁鐵的中心。
[0049]環形噴盤的噴嘴以金屬液流為焦點均布在環形噴盤上，環形噴盤的噴嘴與金屬液流的夾角為70度，環形噴盤的噴嘴頭部與金屬液流的距離為4cm。環形噴盤的噴嘴噴射的聞壓水流的水壓為90Mpa。
[0050](3)收集霧化桶6內的金屬粉末在氮氣氣氛下烘乾，烘乾的溫度為350°C，烘乾至水分含量在5%以下。
[0051](4)烘乾後的金屬粉末過篩，然後進入還原爐還原，還原爐的還原氣氛為氨分解氣，氨分解氣投入流量為20m3/h，還原溫度為620°C，還原時間為2.5h。
[0052](5)還原後的金屬粉末進入錘式破碎機破碎，然後進入高壓磨粉機中碾壓破碎至平均粒徑在6-10微米的細粉，高壓磨粉機內通氮氣保護，高壓磨粉機的碾壓力在1800kg，轉速在180r/min，細粉表面處理，表面處理具體為:將質量濃度為45%的有機鉻絡合物偶聯劑(市售，美國杜邦公司，牌號為Volan)無水乙醇溶液與細粉混合20min，然後再加入質量濃度為45%的鈦酸酯偶聯劑(市售，型號NXT-101)無水乙醇溶液在90°C下混合50min，有機鉻絡合物偶聯劑的用量為細粉重量的0.2%，鈦酸酯偶聯劑的用量為細粉重量的0.8% ;最後真空包裝。
[0053]本發明製得的預合金粉末平均粒徑在6-10微米，松裝密度在2.6-2.8g/cm3之間，氧含量在1000ppm以下。
[0054]將本發明製得的預合金粉燒結得胎體，燒結溫度為750-800°C，燒結後胎體硬度為HRB 105-120，緻密化度≥99%，抗彎強度在1300_1500Mpa。[0055] 以上所述的實施例只是本發明的一種較佳的方案，並非對本發明作任何形式上的限制，在不超出權利要求所記載的技術方案的前提下還有其它的變體及改型。
【權利要求】
1.一種金剛石鋸切工具用預合金粉末，其特徵在於:所述預合金粉末各成分的重量百分比組成為:Cu 20-25%, Co 5-10%, Ni 1-3%, Cr 3_6%，餘量為 Fe; 所述預合金粉末的製備方法包括以下步驟: (1)將原材料按照配比投入到電爐內，升溫熔化，將熔融的金屬液在1600-1650°C保溫l_5min ； (2)再將金屬液經漏包底 部漏孔流下，金屬液流由上至下依次穿過脈衝磁場及環形噴盤，環形噴盤的噴嘴噴射高壓水流將金屬液流擊碎形成金屬粉末進入霧化桶內，霧化桶內充氮氣進行氣體保護； (3)收集霧化桶內的金屬粉末在氮氣氣氛下烘乾； (4)烘乾後的金屬粉末過篩，然後進入還原爐還原； (5)還原後的金屬粉末進入錘式破碎機破碎，然後進入高壓磨粉機中碾壓破碎至平均粒徑在6-10微米的細粉，最後真空包裝。
2.根據權利要求1所述的一種金剛石鋸切工具用預合金粉末，其特徵在於:步驟(2)中金屬液以60-80kg/min的流量經漏包底部漏孔流下。
3.根據權利要求1或2所述的一種金剛石鋸切工具用預合金粉末，其特徵在於:步驟(2)中所述脈衝磁場的脈衝發生電壓在250-300V，脈衝頻率在15-20赫茲，所述脈衝磁場由環形電磁鐵產生，環形電磁鐵的厚度在10-20cm，金屬液流穿過環形電磁鐵的中心。
4.根據權利要求1或2所述的一種金剛石鋸切工具用預合金粉末，其特徵在於:步驟(2)中所述環形噴盤的噴嘴以金屬液流為焦點均布在環形噴盤上，環形噴盤的噴嘴與金屬液流的夾角為60-75度，環形噴盤的噴嘴頭部與金屬液流的距離為3-5cm。
5.根據權利要求4所述的一種金剛石鋸切工具用預合金粉末，其特徵在於:步驟(2)中環形噴盤的噴嘴噴射的高壓水流的水壓為85-1OOMpa。
6.根據權利要求1或2所述的一種金剛石鋸切工具用預合金粉末，其特徵在於:步驟(3)中烘乾的溫度為300-400°C，烘乾至水分含量在5%以下。
7.根據權利要求1或2所述的一種金剛石鋸切工具用預合金粉末，其特徵在於:步驟(4)中還原爐的還原氣氛為氨分解氣，氨分解氣投入流量為15-25m3/h，還原溫度為600-650°C，還原時間為2-3h。
8.根據權利要求1或2所述的一種金剛石鋸切工具用預合金粉末，其特徵在於:步驟(5)中高壓磨粉機內通氮氣保護，高壓磨粉機的碾壓力在1500-2000kg，轉速在160-180r/min0
9.根據權利要求1或2所述的一種金剛石鋸切工具用預合金粉末，其特徵在於:步驟(5)中細粉經表面處理後再真空包裝，表面處理具體為:將質量濃度為40-50%的有機鉻絡合物偶聯劑無水乙醇溶液與細粉混合10_30min，然後再加入質量濃度為40-50%的鈦酸酯偶聯劑或矽烷偶聯劑無水乙醇溶液在80-10(TC下混合30-60min。
10.根據權利要求9所述的一種金剛石鋸切工具用預合金粉末，其特徵在於:有機鉻絡合物偶聯劑的用量為細粉重量的0.1-0.3%，鈦酸酯偶聯劑或矽烷偶聯劑的用量為細粉重量的 0.5-1%。
【文檔編號】B22F9/22GK104004970SQ201410102683
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年3月20日 優先權日:2014年3月20日
【發明者】崔毅, 汪志榮, 方旭, 何薇, 佔建偉 申請人:建德市易通金屬粉材有限公司