一種代鈷預(yù)合金粉末的制備方法
【專利說明】一種代鈷預(yù)合金粉末的制備方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于粉末冶金領(lǐng)域，具體涉及一種金剛石工具用代鈷預(yù)合金粉末的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0003]胎體材料尤其是金屬胎體材料是金剛石工具行業(yè)不可或缺的組成部分。20世紀(jì)90年代，比利時(shí)優(yōu)美科公司首先提出預(yù)合金粉末概念，預(yù)合金粉末越來越廣泛應(yīng)用到制造金剛石工具。目前，預(yù)合金粉末的制備方法一般說來有霧化法、機(jī)械法、化學(xué)還原法、電解法、化學(xué)沉淀法等。
[0004]霧化法是將各合金粉末材料通過中頻感應(yīng)爐熔煉，通過霧化器噴嘴噴射出的氣體或水等介質(zhì)將熔融狀的合金流粉碎而制備，霧化法的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)成本低，易量產(chǎn)，但制備出的粉末由于呈實(shí)心球狀，壓制性能較差。機(jī)械法是靠壓碎、擊碎或磨削等作用，使塊狀金屬或合金，機(jī)械粉碎成粉末。機(jī)械法制出的粉末顆粒細(xì)而均勻，但應(yīng)用有局限，主要用來制備脆性金屬或合金?；瘜W(xué)沉淀法是將一種或多種金屬鹽類沉淀后經(jīng)煅燒、還原制備的預(yù)合金粉末，此法生產(chǎn)的預(yù)合金粉末顆粒超細(xì)成分均勻，但成本高，產(chǎn)品價(jià)格貴。電解法生產(chǎn)的預(yù)合金粉的特點(diǎn)是純度高，顆粒呈樹枝狀或蜂窩狀，成本一般來說比化學(xué)還原法和霧化法都要高，較化學(xué)沉淀法低。
[0005]隨著金剛石工具行業(yè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于金剛石工具的使用性能和壽命提出了更高要求，同時(shí)還需要滿足顧客對(duì)于價(jià)格的需求。高端金剛石工具多使用Co粉，其一般采用沉淀法制備，所需價(jià)格較高，對(duì)于一般客戶難以接受。所以尋找具有Co粉優(yōu)異的鋸切性能，而價(jià)格低廉的產(chǎn)品成為必需。
[0006]松比作為衡量粉末性能的一個(gè)重要參數(shù)，松比的大小對(duì)于成形性、流動(dòng)性和燒結(jié)性能等有重要影響。但一般霧化法粉末所制備的預(yù)合金粉末，松比一般都在3.3g.cm_3以上。而一般電解預(yù)合金粉末，其松比也在2.7g.cm_3以上。通過沉淀法制備的預(yù)合金粉末松比雖然比較低，但成本較高，對(duì)環(huán)境也產(chǎn)生一定影響。
[0007]因此，制備出低松比，與鈷粉類似性能的代鈷預(yù)合金粉末，對(duì)于高品質(zhì)金剛石工具發(fā)展具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是制備出松比較低，與Co性能相近的代鈷預(yù)合金粉末，降低金剛石工具產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種代鈷預(yù)合金粉末的制備方法，原料采用電解法制得的鐵鎳鈷預(yù)合金粉，該方法包括:
氧化處理的步驟，溫度為400°C ~500°C，在氧化性氣氛下進(jìn)行；及之后的還原處理的步驟，溫度為700~850°C，在還原性氣氛下進(jìn)行。
[0010]優(yōu)選氧化處理時(shí)間為3~4h，還原處理時(shí)間為8~18分鐘。
[0011 ] 優(yōu)選氧化處理采用電阻爐，還原處理使用推桿爐。
[0012]優(yōu)選氧化處理氣氛為空氣或氧氣,還原處理氣氛為純氫氣或氫氮混合氣體。
[0013]在氧化處理前將原料進(jìn)行第一次粉磨處理，在氧化處理和還原處理之間進(jìn)行第二次粉磨處理，在還原處理后進(jìn)行第三次粉磨處理。在第三次粉磨處理后進(jìn)行過200目或400目篩。
[0014]優(yōu)選第一次粉磨處理粉磨時(shí)間為0.8~2h，第二次粉磨處理粉磨時(shí)間為0.3-1.5h，第三次粉磨處理時(shí)間為0.6~3h。
[0015]本發(fā)明方法最后制成的代鈷預(yù)合金粉末主要成分為鐵、鎳、鈷，化學(xué)組成為Fe:70-80%ο N1: 16-28%, Co: 1~4%，氧含量為 0.4~0.6%，松比為 1.9~2.2g/m3。
[0016]本發(fā)明利用現(xiàn)有電解法制得的鐵鎳鈷預(yù)合金粉，通過氧化形成金屬氧化物，來提高表面粗糙度和疏松度，增大表面積，降低松比；利用還原來降低氧含量，提高粉末純度；利用粉磨來控制粒度以及松比。本發(fā)明所制備的粉末松比較低，有利于成型，成型性好。此夕卜，粉末形狀不規(guī)則，表面積較大，粉末燒結(jié)活性較高，燒結(jié)溫度低，燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力較大，有利于粉末的燒結(jié)。
[0017]Fe、Ni原子序數(shù)分別為26、28，而Co元素原子序數(shù)為27，三種元素的性能較為接近，所以利用兩邊序數(shù)的Fe、Ni和中間序數(shù)Co形成預(yù)合金粉來達(dá)到與純Co粉接近的性能。并且，由于本發(fā)明預(yù)合金粉末表面不均勻，粉末表面積增加，粉末裝密度降低，使性能接近沉淀法制備的Co粉。本發(fā)明已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，根據(jù)實(shí)際反饋的結(jié)果來看，將本產(chǎn)品部分或全部替代Co來使用，制備的金剛石工具，鋒利度接近Co，鋸切性能優(yōu)異，而壽命大于Co。
【附圖說明】
[0018]圖1為實(shí)施例一所得預(yù)合金粉末的微觀形貌圖；
圖2為實(shí)施例二所得預(yù)合金粉末的燒結(jié)硬度曲線；
圖3為實(shí)施例二所得預(yù)合金粉末的燒結(jié)強(qiáng)度曲線；
圖4為實(shí)施例二所得預(yù)合金粉末的燒結(jié)密度曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明的代鈷預(yù)合金粉末的制備方法，原料使用現(xiàn)有的電解法制得的鐵鎳鈷預(yù)合金粉，其按下述質(zhì)量百分比配料、電解得到:Fe: 70-80%, N1: 16-28%, Co: 1~4%。實(shí)際中，電解鐵、鎳、鈷金屬材料得到是板塊狀的鐵鎳鈷板，要先進(jìn)行粉磨處理，優(yōu)選粉磨時(shí)間為0.8~2h，得到粒度在400目以上的預(yù)合金粉末。
[0020]將上述預(yù)合金粉末進(jìn)行高溫氧化處理，溫度為400°C -500°C，保溫3~4h，氣氛為空氣或氧氣，形成氧化物，從而提高粉末的疏松度。然后將氧化后結(jié)塊的材料進(jìn)行磨細(xì)，優(yōu)選粉磨時(shí)間為0.3-1.5 h。
[0021]對(duì)磨細(xì)后的粉末進(jìn)行還原處理，還原溫度為700~850°C，時(shí)間8~18分鐘，氣氛為純氫氣或氫氮混合氣體，去除氧化物中的氧元素。還原后粉末結(jié)成塊狀，磨細(xì)成粉，優(yōu)選粉磨時(shí)間為0.6~3h，然后進(jìn)行過篩處理，過篩后粒度為-200目或-400目，從而得到本發(fā)明的代鈷預(yù)合金粉末。
[0022]下面以兩個(gè)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0023]實(shí)施例一
將現(xiàn)有的電解得到的鐵鎳鈷板采用球磨設(shè)備進(jìn)行粉磨處理，粉磨時(shí)間為lh，再得到粒度在400目以上的預(yù)合金粉末。將其進(jìn)行氧化處理，在電阻爐中保溫4h，溫度調(diào)為420°C，在氣氛為空氣環(huán)境中使粉末盡可能氧化。然后將氧化后結(jié)塊的材料在球磨機(jī)中進(jìn)行磨細(xì)，球磨時(shí)間為lh。然后將粉末裝入燒舟中，在推桿爐對(duì)磨細(xì)后的粉末進(jìn)行還原，還原溫度設(shè)為700°C，氣氛為氫氮混合氣體，還原推舟時(shí)間為20分鐘。還原后，粉末結(jié)成白色塊狀，再使用氣流磨將粉末磨成粉，然后進(jìn)行過篩處理，過篩后粒度為-200目，從而得到低松比的預(yù)合金粉末，其松比為2.lg/m3，化學(xué)組成為Fe: 80%, N1: 16%，Co: 4%，氧含量為0.54%。圖1為本實(shí)施例所得預(yù)合金粉末的微觀形貌圖，從圖1中可以看出，粉末的晶粒顆粒非常細(xì)小，可達(dá)幾百納米，這對(duì)于降低燒結(jié)溫度，提高燒結(jié)性能是非常有利的。
[0024]實(shí)施例二
將電解得到的鐵鎳鈷板采用氣流磨設(shè)備進(jìn)行磨細(xì)處理，粉磨時(shí)間為2h，得到粒度為-400目的預(yù)合金粉末。再將預(yù)合金粉末進(jìn)行氧化處理，在電阻爐中保溫3h，溫度為500°C，氣氛為空氣。氧化后粉末結(jié)成塊狀，使用氣流磨將粉末進(jìn)行磨細(xì)，時(shí)間為1.5h。使用推桿爐對(duì)磨細(xì)后的粉末進(jìn)行還原處理，還原溫度設(shè)為850°C，氣氛為純氫氣氣體，還原推舟時(shí)間為15分鐘。還原后，粉末結(jié)成塊狀，利用球磨機(jī)將粉末球磨成粉，然后進(jìn)行過篩處理，過篩后粒度為-400目，從而得到低松較比的預(yù)合金粉末，其松比為2.2g/m3，化學(xué)組成為Fe: 80%, N1: 18%, Co: 2%,氧含量為 0.48%。
[0025]圖2~4為實(shí)施例二所得預(yù)合金粉末的燒結(jié)性能曲線。圖2中的強(qiáng)度可達(dá)1150MPa，遠(yuǎn)大于一般金剛石工具粉末所使用中的強(qiáng)度。圖3中所使用的硬度可達(dá)90HRB，易與金剛石的磨損匹配，使金剛石易出刃，大大提高工具的使用效率。圖4中的密度比一般鐵粉高，密實(shí)度較好，可以達(dá)到實(shí)際中需要的密實(shí)度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種代鈷預(yù)合金粉末的制備方法，其特征在于原料采用電解法制得的鐵鎳鈷預(yù)合金粉，該方法包括: 氧化處理的步驟，溫度為400°c ~500°C，在氧化性氣氛下進(jìn)行；及之后的 還原處理的步驟，溫度為700~850°C，在還原性氣氛下進(jìn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的代鈷預(yù)合金粉末的制備方法，其特征在于最后制成的代鈷預(yù)合金粉末化學(xué)組成為Fe: 70-80% ；N1: 16-28%, Co: 1-4%,氧含量為0.4-0.6%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的代鈷預(yù)合金粉末的制備方法，其特征在于氧化處理時(shí)間為3~4h，還原處理時(shí)間為8~18分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的代鈷預(yù)合金粉末的制備方法，其特征在于氧化處理采用電阻爐，還原處理使用推桿爐。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的代鈷預(yù)合金粉末的制備方法，其特征在于氧化處理氣氛為空氣或氧氣，還原處理氣氛為純氫氣或氫氮混合氣體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的代鈷預(yù)合金粉末的制備方法，其特征在于在氧化處理前將原料進(jìn)行第一次粉磨處理，在氧化處理和還原處理之間進(jìn)行第二次粉磨處理，在還原處理后進(jìn)行第三次粉磨處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的代鈷預(yù)合金粉末的制備方法，其特征在于第一次粉磨處理粉磨時(shí)間為0.8~2h，第二次粉磨處理粉磨時(shí)間為0.3-1.5h，第三次粉磨處理時(shí)間為0.6~3h。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的代鈷預(yù)合金粉末的制備方法，其特征在于第三次粉磨處理后進(jìn)行過200目或400目篩。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的代鈷預(yù)合金粉末的制備方法，其特征在于粉磨設(shè)備采用氣流磨或球磨。
10.—種代鈷預(yù)合金粉末，其主要成分為鐵、鎳、鈷，化學(xué)組成為Fe: 70-80%,N1: 16-28%, Co: 1-4%,氧含量為 0.4-0.6%,松比為 1.9-2.2g/m3。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種代鈷預(yù)合金粉末的制備方法，原料采用電解法制得的鐵鎳鈷預(yù)合金粉，該方法包括：氧化處理的步驟，溫度為400℃~500℃，在氧化性氣氛下進(jìn)行；及之后的還原處理的步驟，溫度為700~850℃，在還原性氣氛下進(jìn)行；本發(fā)明制備的代鈷預(yù)合金粉末松比達(dá)到1.9~2.2g/m3，性能接近沉淀法制備的Co粉，降低了金剛石工具產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。
【IPC分類】B22F1-00, C22C38-10
【公開號(hào)】CN104525936
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410795843
【發(fā)明人】鄭日升, 曾成文, 彭恒富, 肖劍鋒, 彭金平
【申請(qǐng)人】湖南富櫳新材料有限公司
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月22日