预合金粉末在金刚石工具中的应用刘人杰

刘人杰

摘要：简要介绍了超细预合金粉末的性能和制备方法。主要介绍了超细预合金粉末。在金刚石工具中的应用地位。指出在金刚石工具中使用超细预合金粉末具有较低的烧结温度和燃烧性能。温度范围宽，金刚石控制的优势非常大。分析了超细预合金粉末在金刚石工具中的应用。

关键词：金刚石工具；预合金粉；应用

前言：超细金属粉末通常指直径小于10毫米μm的金属粉末。作为超细的材料，其表面分子排列和分布的电子结构和及晶体结构产发生巨大变化，产生巨大的材料没有表面效应、小尺寸效应等，使超细金属粉末具有一系列优异的物理、化学和、表面和界面性质。因此，它不仅是一种重要的新材料，而且是新材料的重要原材料，在国防、电子、化工、航天、医疗、生物等领域具有重要的应用价值。超细金属粉末可分为：单混合粉、部分合金粉和预合金粉末。目前在金刚石工具行业中，这类粉末具有一定的应用价值。例如，使用范围广泛的身体粉在国外现在包括超细钴粉、超细钴镍粉和其他超细粉，超细预制合金粉末，等。然而，超细预制合金粉末有显著的性能比单一的粉有更显著的优越性能，这是最近几年一个热点的金刚石工具的发展的一个热点。

1预合金粉末形貌及其性能

1.1预合金粉末形貌

采用超声雾化法制备了的预合金粉末，大粉颗粒粉表面有凝固标记和、明显的毛刺，并附着小颗粒。这是由于雾化液滴的尺寸大，使雾化液滴凝固后收缩更严重，表面留下明显的凝固收缩痕迹。而一些较小的雾化液滴，凝固收缩较小，所以表面相对光滑，形状相对整洁，近似球形。粒子表面毛刺的形成与雾化气体、离心力和周围环境气体的摩擦有关。在这些力作用下熔融液滴雾化后局部熔体在表面流线型抛掷形成，由于径向规模较小，在球化之前快速凝固，因此在凝固后在大液滴表面保持小毛刺的流动特性。小尺寸雾化液滴的压力较小，不能形成流线型，所以不会形成毛刺。根据上述预合金粉末的形貌，无论粒径大小，都具有良好的球化程度，使预合金粉末在压制时具有良好的流动性。

1.2预合金粉末的热压性能

将制备的预合金粉末和铝、锌等混合粉末在热压机上面进行热压试验、热压的制备温度约230℃,过程中合金粉末以及铝、锌等混合粉末混合热压温度约280℃,预合金粉末的热压的温度比混合粉末热压温度大约低了50℃左右,预合金粉末制备的金刚石砂轮,有利于节约能源,降低生产成本。预合金粉末和相同的铝、锌粉经过热压后，粗磨、精磨、抛光工艺与样品制备相同，两种样品的显微组织扫描电镜。预合金粉末与混合粉末之间存在显著的差异:预合金粉末热压后，其结构均匀致密。少量的铝和锌合金，主要以独立相的形式，在粉末热压力混合后。预合金粉末,混合粉挤压后微观结构形态对比可以证明,使用预合金粉末可以避免混合不均匀造成的混合物混合粉密度偏析、低熔点金属先熔和富集等一系列影响胎体性能的影响因素,保证金刚石钻头的性能稳定性和一致性。

1.3预合金粉末的抗氧化性

铝的抗氧化能力较差，在高温冶金中是较好的脱氧剂，适合于炼钢的时候加入刚液体之中，形成细小、分散的三氧化二铝分布在晶界，防止晶粒长大，形成细晶粒钢。对于铝基金刚石，其基本成分是铝，如果氧化严重，就会产生大量的氧化铝分布在晶界上,会影响金刚石砂轮的热力性能,甚至导致砂轮磨削的时候出现掉渣的现象。预合金粉末金刚石砂轮的制备可以显著降低氧化程度，使粘结剂在热压后具有更好的性能。

1.4预合金粉末具有以下显著的优点

1)大大提高了金刚石工具的性能。由于预合金粉末的分布比机械粉末均匀，因此避免了成分偏析，使结构均匀，性能稳定。预合金粉末充分合金化，使其具有高硬度和高冲击强度，可大大提高烧结产品的抗压强度和抗弯强度，提高金刚石的握力，提高金刚石工具的锐度，延长刀具使用寿命。2)大大降低了金刚石工具的成本。合金烧结过程中大大减少了金属原子的扩散，具备良好的烧结性能，较低的烧结温度，较短的烧结时间，一方面可以有助于避免高温破坏，另一方面可以减少石墨模具的用量和功耗；在相同的切削性能下，预合金粉末的使用可以使金刚石的浓度降低15%和20%，这明显降低了金刚石工具的成本。3)协助产品质量控制。由于预合金粉末元素的固定，避免了混合过程中各种问题的产生，为产品质量的稳定性提供了条件。

2超细预合金粉末在金刚石工具中的应用

2.1金刚石工具胎体用金属粉末概述

金刚石工具通常采用粉末冶金工艺，金刚石颗粒和金属胎体粉末经过热压或冷压烧结。在金刚石的工作中，需要匹配镶金刚石的胎体，将金刚石颗粒暴露在表面，作为微切削刃。制造金刚石工具需要根据相应的基体材料的切削对象特性的要求进行选择：应牢固地结合金刚石，并以同步的速度磨损，以保持工具的锋利程度。胎体材料性能的研究目标是不断探索各种工艺方法，控制或调整胎体材料的性能，充分利用金刚石颗粒，制造出切削速度快、使用寿命长、性价比高的金刚石工具。

2.2常见金属胎体粉末

根据各金属的主要成分不同，可分为铜、铁、镍和钴基几大类：金属胎体的金刚石工具，最常使用铜元素，主要用于耐磨性的加工要求较低的情况；镍价较贵，特点不突出，使用较少；钴的综合性能最好，如控制力高、润湿性好、耐高温、韧性好、自锐性好。然而，由于钴的价格高，价格不稳定，钴的使用非常有限。无钴或低钴配方的开发和使用一直是近年来金刚石工具发展的趋势之一。

2.3新型预合金胎粉

为了获得性能优异的金刚石工具，在胎体中有越来越多的金属粉末，其组成也越来越复杂。目前国内的金刚石工具大多采用单质量混合粉的形式，机械搅拌采用压制烧结工艺。其优点是：组成和性能可调范围。但使用元素粉末更多的影响因素，如不同粉粒度、密度、颗粒形状差异和混合过程的差异等等，会导致胎体材料粉不均匀，特别是粉末熔点元素之间的差异，如锡、铜和WC、热压烧结时低熔点金属流失严重，使胎体的烧结质量不容易控制。

结束语：

利用预合金粉末的低熔点和复合均匀性，对金刚石工具的性能进行了调整和控制，应用前景良好。激光焊接由于其高效率、小热影响区和焊接强度的显著优势，广泛应用于金刚石工具的制造，采用合金粉末作为过渡层，可显著提高激光焊接强度和消除焊缝缺陷。因为金刚石工具加工对象越来越复杂、特殊的工具性能要求越来越高，以前的多样性和合金元素可以与各种添加剂混合使用可以解决上述问题，所以预合金粉末也将朝着标准化、多样化、低钴含量和合金元素可以与各种添加剂混合使用方向发展。

参考文献：

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[2]刘少华.陈哲.刘一波.刘伟.姚炯彬.超细钨铜合金粉末在金刚石工具中的应用研究[J].金刚石与磨料磨具工程，2010，30(06)：70-73.