CN118007030A - 一种金刚石工具用铁基预合金粉及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金刚石工具用铁基预合金粉，铁基预合金粉的成分组成为：FeaCubNicCodSneZnf(O)g，a、b、c、d、e、f和g分别表示各成分的含量，以重量百分比计，a+b+c+d+e+f+g＝100％，其中6％≤b+e+f≤40％，1％≤c+d≤10％，g≤0.3％，还提供了该金刚石工具用铁基预合金粉的制备方法。该金刚石工具用铁基预合金粉各成分配比与金刚石磨耗比协调，胎体成分均匀，冷压成形性好，烧结温度低，对金刚石把持力强。
Description
技术领域
本发明涉及金刚石工具胎体材料技术领域，具体涉及一种金刚石工具用铁基预合金粉及其制备方法。
背景技术
金刚石工具被广泛应用于地质钻探以及硬脆材料的钻孔、切割、磨削、抛光等加工。金刚石工具的制造需要采用胎体材料来辅助制成具有一定形状和机械性能的制品。胎体材料的作用是支撑并把持金刚石，维持自锐能力，防止金刚石过早脱落。胎体材料采用金属粉末，通常要求具有良好的烧结反应活性。良好的烧结反应活性意味着金属粉末能在相对较低的温度下烧结接近理论密度，或是烧结达到理论密度只需要很短的烧结时间。高的烧结温度会导致以下主要缺点：烧结体寿命降低、金刚石碳化脱落损伤和较高的能耗。
为充分发挥金刚石的优越性能，金刚石工具的胎体最高烧结温度应不超过850℃。胎体烧结完成程度可用烧结体的相对密度来表征：一般来说，相对烧结密度达到98％或以上可被认为接近理论密度。影响烧结体性能的因素主要有三点：其一，是粉末的成分组成，选择粉末成分不仅要考虑对烧结体性能的影响，尤其是对金刚石工具的把持力、韧性、和耐磨性的影响，还要兼顾成本因素；其二，是粉末的粒度配比，在其他条件相同的情况下，较细的粉末烧结活性明显优于较粗的粉末；其三，是粉末表面的氧化程度，由于粉末粒度细、表面活性高，暴露在空气中，就会很容易发生氧化，从而在粉末颗粒表面形成氧化物层，进而阻止烧结反应的进行，因此降低了粉末的烧结反应活性。
当前，金刚石工具用胎体材料的粉末原料主要通过机械混合单质粉进行生产，以及以单质粉混合预合金粉的两种方法，这两种方法获得的胎体材料或多或少的存在冷压成形性差、烧结温度偏高且难控制、稳定性差、部分元素烧结损耗大、不能达到各成分的充分合金化且胎体成分也难以均匀、对金刚石的把持力比较差等诸多不利影响。
专利CN 103658668 A公开了一种铁基预合金粉的制备方法，其步骤为：1)配制铁基块状金属，Fe含量30wt％～90wt％，Cu含量10wt％～70wt％，熔点不超过1800℃；2)对金属进行熔炼水雾化制粉处理，得到铁基预合金粉末；3)处理后的粉末进行烘干；4)雾化粉末在烘干完毕后，加入低熔点金属单质粉末，熔点不超过500℃，其含量不超过15wt％；5)低熔点金属粉末与烘干粉末混合均匀；6)利用还原炉对混合后的粉末做还原处理，氢气流量控制在20m3/h～30m3/h，还原时间不低于2h；7)筛分去除大颗粒，得到铁基预合金粉。方法易行，操作简便，通过还原过程中高温扩散、蒸发凝聚原理，生产出锌含量在2％～15％的铁基预合金粉，其具有含氧量低、制备方式简单、冷压成型性好等优点。然而该专利并未对粉末中Fe、Cu以外的成分组成及含量作具体说明，而粉末成分对烧结体性能有重要影响，即是说该专利中提供的技术方案还有很大优化和提升空间。为提供一种烧结体性能更优、对金刚石工具的把持力、韧性和耐磨性更好的金刚石工具用铁基预合金粉，有必要对现有技术进行方案改进和参数优化。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种金刚石工具用铁基预合金粉，使其实现各成分配比与金刚石磨耗比协调，胎体成分均匀，冷压成形性好，烧结温度低，对金刚石把持力强。
本发明的第二个目的是提供上述金刚石工具用铁基预合金粉的制备方法。
为实现第一个目的，本发明提供如下技术方案：
一种金刚石工具用铁基预合金粉，铁基预合金粉的成分组成为：FeaCubNicCodSneZnf(O)g，a、b、c、d、e、f和g分别表示各成分的含量，以重量百分比计，a+b+c+d+e+f+g＝100％，其中7％≤b+e+f≤40％，2％≤c+d≤10％，g≤0.3％。
胎体粉末材料可以对金刚石产生适当的粘结作用并实现对金刚石的把持，结合强度取决于胎体粉末材料对金刚石的附着力的大小、胎体对金刚石的润湿程度、强化元素的作用与碳化物形成元素对金刚石的结合力。在很大程度上金刚石工具及胎体粉末材料的性能是由胎体的组成元素所决定的，因此金刚石制品胎体粉末材料的元素成分组成的优化设计对金刚石制品性能的提高具有重要意义。
铁(Fe)：铁在金刚石制品胎体材料中的作用主要体现在两个方面，一是铁为碳化物形成元素，与金刚石表面的碳元素反应可形成渗碳体型碳化物Fe3C；二是胎体中铁除与铜的相容性稍差外，铁可与其他组分添加元素形成多种合金化合物，起到强化胎体的作用。铁的线膨胀系数比铜、镍、钴低，与金刚石线膨胀系数更为接近，这对防止金刚石制品冷却过程裂纹的产生具有较好的作用。
铜(Cu)：在金刚石制品胎体粉末材料中应用最多的金属是铜元素，铜基胎体材料烧结温度低、烧结成形性好。尽管铜对金刚石本身的润湿性差，铜与胎体大部分组成元素具有良好的互溶性，可大幅改善与提高胎体粉末材料对金刚石的润湿性。铜与镍、钴、锰、锡、锌等可以形成多种金属固溶体，金属固溶体的形成降低了制品的烧结温度，避免了金刚石高温石墨化造成的强度损失，使胎体粉末材料的力学机械性能得到强化。
钴(Co)：钴和铁同属过渡元素，许多特点是相似的。在金刚石制品的烧结过程中，钴可以和金刚石形成Co2C等碳化物，同时又能以极薄的钴膜粘附和铺展在金刚石表面。因此，钴对金刚石和胎体材料均具有较大的附着功和良好的润湿性能。钴基胎体粉末材料力学机械性能好，在金刚石制品胎体中，钴是一种性能优良的胎体组成元素。
镍(Ni)：镍的延展性、韧性和抗氧化性能好，镍在胎体中表现出良好的耐磨性与强韧性。镍与铜可以实现两者之间的无限互溶，镍与铜基胎体能很好的实现预合金化，改善了铜基胎体粘结相对骨架材料和金刚石的润湿性，同时提高了胎体对金刚石的把持力。在铁基胎体合金中加入镍和铜元素可以降低胎体的烧结温度，减轻烧结过程中金刚石的高温强度损失。
锡(Sn)：锡是降低胎体粉末材料表面张力、改善与提高胎体对金刚石润湿能力最有效添加元素。在烧结过程中，锡的加入能明显降低胎体液态合金的表面张力、内界面张力以及胎体与金刚石接触角，改善胎体中其他粘结金属对金刚石润湿作用，锡的熔点低，胎体材料中锡还可降低胎体合金的熔点和制品的烧结温度，实现液相烧结的目的，提高胎体的致密度，改善胎体粉末的压制成形与烧结性能。但是，锡的膨胀系数大、熔点低，故实际应用中加入的数量受到一定限制。
锌(Zn)：锌在金刚石制品中的作用与锡有许多相似之处，如熔点低，变形性好，可形成多种低熔点金属间化合物，可以降低金刚石制品胎体的烧结温度。锌与锡相比，价格低廉，故锌在金刚石制品胎体材料中得到了广泛采用。但必须指出的是，在制品烧结过程中锌的蒸气压较高，容易气化，同时锌的气化会使胎体粉末材料的成分配方组成发生改变，所以在金刚石制品胎体材料中要控制锌的加入量和烧结过程温度。
其中，Cu、Sn和Zn的总量应不低于6％且不超过40％，下限值保证能够进行液相烧结，上限值保证胎体不止于过软。从性能、原料成本以及环保等角度考虑，Ni和Co的含量应尽量少。
氧含量对金刚石工具胎体粉的性能影响较大，氧含量越小越有利于粉末的烧结以及提高烧结胎体的韧性，本发明中氧含量不超过0.3％，甚至不超过0.2％或者更小。
进一步，上述的金刚石工具用铁基预合金粉，8％≤b+e+f≤35％。
进一步，上述的金刚石工具用铁基预合金粉，12％≤b+e+f≤30％。
进一步，上述的金刚石工具用铁基预合金粉，5％≤b≤35％，1％≤e≤10％，1％≤f≤10％。
为实现第二个目的，本发明提供的技术方案为：上述的金刚石工具用铁基预合金粉的制备方法，包括如下操作步骤：
S1.制备铁基母合金粉：按铁基母合金粉中成分组成为：Fe:49.7-91wt％，Cu:5-35wt％、Ni:1-10wt％、Co:1-10wt％加入各金属原料，采用水雾化法制备铁基母合金粉，然后烘干；
S2.扩散还原获得铁基预合金粉：往S1得到的铁基母合金粉中加入锡粉和锌粉并混合，加入量按最终产品铁基预合金粉中Sn:1-10wt％、Zn:1-10wt％计算，之后在纯H2气还原气氛中进行还原扩散、粉碎、筛分，得到铁基预合金粉。
进一步，上述的金刚石工具用铁基预合金粉的制备方法，S1步骤中所述水雾化法制备铁基母合金粉的部分工艺参数为：合金熔体的过热度控制在50-100℃，雾化罐水位控制在0.5-1.0m，雾化压力控制在35-50MPa；所述烘干的部分工艺参数为：真空干燥温度控制在160-180℃，干燥炉转速控制在2-4rpm。
进一步，上述的金刚石工具用铁基预合金粉的制备方法，合金熔体的过热度控制在60-80℃，雾化压力控制在40-45MPa。
进一步，上述的金刚石工具用铁基预合金粉的制备方法，所述金属原料包括工业纯铁、高纯阴极铜板/块、电解铜板/块和电解镍板/块。
进一步，上述的金刚石工具用铁基预合金粉的制备方法，S2步骤中所述还原扩散的部分工艺参数为：选用钢带式还原炉，还原温度为450-850℃，扩散还原氢气的流量为3.0-5.0m3/h，还原反应的时间为3.5-5.5h。
进一步，上述的金刚石工具用铁基预合金粉的制备方法，还原温度为550-750℃。
进一步，上述的金刚石工具用铁基预合金粉的制备方法，还原温度为600-700℃，如600℃或630℃或650℃或670或700℃。
进一步，上述的金刚石工具用铁基预合金粉的制备方法，扩散还原氢气的流量为3.5-4.5m3/h。
进一步，上述的金刚石工具用铁基预合金粉的制备方法，扩散还原氢气的流量为4.0m3/h。
进一步，上述的金刚石工具用铁基预合金粉的制备方法，还原反应的时间为4.0-5.0h。
进一步，上述的金刚石工具用铁基预合金粉的制备方法，还原反应的时间为4.5h。
进一步，上述的金刚石工具用铁基预合金粉的制备方法，S2步骤中所述锡粉为200目雾化锡粉，所述锌粉为200目雾化锌粉，筛分采用的筛网为100-325目筛网。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明人经反复试验和研究，得出本发明预合金粉的元素组成和配比，包括铁、铜、钴、镍、锡和锌这些金属元素，元素之间的科学配比使得各元素具有良好的互溶性和避免了出现单独元素过多过少导致的对产品性能的不良影响，协同配合使得该金刚石工具用铁基预合金粉对金刚石具有较大的附着功和良好的润湿性能，对金刚石把持力强。并且通过本发明提供的成分组成和制备方法的限定，该铁基预合金粉在较低的烧结温度下就能获得较高的烧结密度和硬度，烧结反应活性优异，胎体成分均匀，冷压成形性好，适用于低温烧结，有利于提高烧结体的寿命、减少金刚石碳化脱落损伤和降低能耗，有利于增强对金刚石把持力，充分发挥金刚石的优越性能。
具体实施方式
对于本发明，能够以多种变形、各种方式实现，但作为其一例，下面对于特定的实施方式进行详细说明。实施方式不限定于在此公开本发明的特定的方式，在随附的权利要求书中明示的范围内实现的所有的变形例、均等物、代替例包含在该对象中。
实施例1
一种金刚石工具用铁基预合金粉，成分组成为：Fe:61wt％、Cu:23.5wt％、Ni:4.7wt％、Co:4.7wt％、Sn:3wt％、Zn:3wt％、O：0.1wt％；通过如下操作步骤进行制备：
S1.制备铁基母合金粉：按铁基母合金粉中成分组成为：Fe:65wt％、Cu:25wt％、Ni:5wt％、Co:5wt％加入各金属原料，金属原料包括工业纯铁、高纯阴极铜板/块、电解铜板/块和电解镍板/块，采用水雾化法制备铁基母合金粉，合金熔体的过热度控制在52℃，雾化罐水位控制在1.0m，雾化压力控制在50MPa，然后烘干，真空干燥温度控制在160℃，干燥炉转速控制在3rpm；
S2.扩散还原获得铁基预合金粉：往S1得到的铁基母合金粉中加入200目雾化锡粉和200目雾化锌粉并混合，加入量按最终产品铁基预合金粉中Sn:3wt％、Zn:3wt％计算，之后选用钢带式还原炉在纯H2气还原气氛中进行还原扩散、粉碎、筛分，还原温度为600℃，扩散还原氢气的流量为4.0m3/h，还原反应的时间为4.5h，筛分采用的筛网为200目筛网，得到铁基预合金粉。
实施例2
一种金刚石工具用铁基预合金粉，成分组成为：Fe:61.3wt％、Cu:17.6wt％、Ni:4.4wt％、Co:4.4wt％、Sn:6wt％、Zn:6wt％、O：0.3wt％；通过如下操作步骤进行制备：
S1.制备铁基母合金粉：按铁基母合金粉中成分组成为：Fe:70wt％、Cu:20wt％、Ni:5wt％、Co:5wt％加入各金属原料，金属原料包括工业纯铁、高纯阴极铜板/块、电解铜板/块和电解镍板/块，采用水雾化法制备铁基母合金粉，合金熔体的过热度控制在95℃，雾化罐水位控制在0.5m，雾化压力控制在35MPa，然后烘干，真空干燥温度控制在180℃，干燥炉转速控制在2rpm；
S2.扩散还原获得铁基预合金粉：往S1得到的铁基母合金粉中加入200目雾化锡粉和200目雾化锌粉并混合，加入量按最终产品铁基预合金粉中Sn:6wt％、Zn:6wt％计算，之后选用钢带式还原炉在纯H2气还原气氛中进行还原扩散、粉碎、筛分，还原温度为700℃，扩散还原氢气的流量为4.5m3/h，还原反应的时间为3.5h，筛分采用的筛网为200目筛网，得到铁基预合金粉。
实施例3
一种金刚石工具用铁基预合金粉，成分组成为：Fe:61.3wt％、Cu:12.3wt％、Ni:4.1wt％、Co:4.1wt％、Sn:9wt％、Zn:9wt％、O：0.2wt％；通过如下操作步骤进行制备：
S1.制备铁基母合金粉：按铁基母合金粉中成分组成为：Fe:75wt％、Cu:15wt％、Ni:5wt％、Co:5wt％加入各金属原料，金属原料包括工业纯铁、高纯阴极铜板/块、电解铜板/块和电解镍板/块，采用水雾化法制备铁基母合金粉，合金熔体的过热度控制在60℃，雾化罐水位控制在0.7m，雾化压力控制在43MPa，然后烘干，真空干燥温度控制在170℃，干燥炉转速控制在2rpm；
S2.扩散还原获得铁基预合金粉：往S1得到的铁基母合金粉中加入200目雾化锡粉和200目雾化锌粉并混合，加入量按最终产品铁基预合金粉中Sn:9wt％、Zn:9wt％计算，之后选用钢带式还原炉在纯H2气还原气氛中进行还原扩散、粉碎、筛分，还原温度为550℃，扩散还原氢气的流量为3.5m3/h，还原反应的时间为5.5h，筛分采用的筛网为200目筛网，得到铁基预合金粉。
实施例4
一种金刚石工具用铁基预合金粉，成分组成为：Fe:84.7wt％、Cu:7wt％、Ni:1wt％、Co:1wt％、Sn:3wt％、Zn:3wt％、O：0.3wt％；通过如下操作步骤进行制备：
S1.制备铁基母合金粉：按铁基母合金粉中成分组成为：Fe:87.8wt％、Cu:8.2wt％、Ni:2wt％、Co:2wt％加入各金属原料，金属原料包括工业纯铁、高纯阴极铜板/块、电解铜板/块和电解镍板/块，采用水雾化法制备铁基母合金粉，合金熔体的过热度控制在68℃，雾化罐水位控制在0.5m，雾化压力控制在45MPa，然后烘干，真空干燥温度控制在165℃，干燥炉转速控制在3rpm；
S2.扩散还原获得铁基预合金粉：往S1得到的铁基母合金粉中加入200目雾化锡粉和200目雾化锌粉并混合，加入量按最终产品铁基预合金粉中Sn:3wt％、Zn:3wt％计算，之后选用钢带式还原炉在纯H2气还原气氛中进行还原扩散、粉碎、筛分，还原温度为800℃，扩散还原氢气的流量为5.0m3/h，还原反应的时间为4h，筛分采用的筛网为325目筛网，得到铁基预合金粉。
实施例5
一种金刚石工具用铁基预合金粉，成分组成为：Fe:54wt％、Cu:31.9wt％、Ni:8wt％、Co:2wt％、Sn:2wt％、Zn:2wt％、O：0.1wt％；通过如下操作步骤进行制备：
S1.制备铁基母合金粉：按铁基母合金粉中成分组成为：Fe:56.5wt％、Cu:32.5wt％、Ni:8.6wt％、Co:2.4wt％加入各金属原料，金属原料包括工业纯铁、高纯阴极铜板/块、电解铜板/块和电解镍板/块，采用水雾化法制备铁基母合金粉，合金熔体的过热度控制在80℃，雾化罐水位控制在0.9m，雾化压力控制在40MPa，然后烘干，真空干燥温度控制在170℃，干燥炉转速控制在4rpm；
S2.扩散还原获得铁基预合金粉：往S1得到的铁基母合金粉中加入200目雾化锡粉和200目雾化锌粉并混合，加入量按最终产品铁基预合金粉中Sn:2wt％、Zn:2wt％计算，之后选用钢带式还原炉在纯H2气还原气氛中进行还原扩散、粉碎、筛分，还原温度为450℃，扩散还原氢气的流量为3.0m3/h，还原反应的时间为5h，筛分采用的筛网为100目筛网，得到铁基预合金粉。
对比例1
一种金刚石工具用铁基预合金粉，成分组成为：Fe:63.1wt％、Cu:17.6wt％、Ni:3.5wt％、Co:3.5wt％、Sn:6wt％、Zn:6wt％、O：0.3wt％；通过如下操作步骤进行制备：
S1.制备铁基母合金粉：按铁基母合金粉中成分组成为：Fe:90wt％、Ni:5wt％、Co:5wt％加入各金属原料，金属原料包括工业纯铁、高纯阴极铜板/块、电解铜板/块和电解镍板/块，采用水雾化法制备铁基母合金粉，合金熔体的过热度控制在52℃，雾化罐水位控制在1.0m，雾化压力控制在50MPa，然后烘干，真空干燥温度控制在160℃，干燥炉转速控制在3rpm；
S2.扩散还原获得铁基预合金粉：往S1得到的铁基母合金粉中加入200目雾化锡粉、200目雾化锌粉和200目雾化铜粉并混合，加入量按最终产品铁基预合金粉中Sn:6wt％、Zn:6wt％、Cu:17.6％计算，之后选用钢带式还原炉在纯H2气还原气氛中进行还原扩散、粉碎、筛分，还原温度为600℃，扩散还原氢气的流量为4.0m3/h，还原反应的时间为4.5h，筛分采用的筛网为200目筛网，得到铁基预合金粉。
对比例2
一种金刚石工具用铁基预合金粉，成分组成为：Fe:60wt％、Cu:10wt％、Ni:6wt％、Co:9wt％、Sn:3wt％、Zn:12wt％；通过如下操作步骤进行制备：
1)水雾化制备预合金粉，合金粉中元素含量：Fe质量百分含量为30％或40％或60％或90％，Cu质量百分含量为10％或40％或55％或70％，其余任意加入Co，Ni，Sn金属元素，制备100～200kg即可，熔点不超过1800℃，采用邯郸兰德雾化制粉设备有限公司生产的水雾化成套设备制备铁基预合金粉；
2)利用SZG系列双锥回转真空干燥器对预合金粉进行烘干处理，烘干温度为150℃或180℃或200℃，烘干时间为2h或3h或4h；
3)低熔点单质锌金属粉末与烘干粉末混合均匀；
4)利用RDTQ-20-8型号还原炉对混合后的粉末做还原处理，还原温度为400或450或500或560或610或670或720或780或800℃，氢气流量为20m/h或25m/h或30m/h，还原时间为2h或2.5h；
5)采用XF三次元振动筛筛分去除大颗粒，得到符合需求的200目铁基预合金粉。
对比例3
一种金刚石工具用铁基预合金粉，成分组成为：Fe:30wt％、Cu:54.7wt％、Sn:5wt％、Zn:10wt％、O：0.3wt％；通过如下操作步骤进行制备：
S1.制备铁基母合金粉：按铁基母合金粉中成分组成为：Fe:40wt％、Cu:60wt％加入各金属原料，金属原料包括工业纯铁、高纯阴极铜板/块和电解铜板/块，采用水雾化法制备铁基母合金粉，合金熔体的过热度控制在52℃，雾化罐水位控制在1.0m，雾化压力控制在50MPa，然后烘干，真空干燥温度控制在160℃，干燥炉转速控制在3rpm；
S2.扩散还原获得铁基预合金粉：往S1得到的铁基母合金粉中加入200目雾化锡粉和200目雾化锌粉并混合，加入量按最终产品铁基预合金粉中Sn:5wt％、Zn:10wt％计算，之后选用钢带式还原炉在纯H2气还原气氛中进行还原扩散、粉碎、筛分，还原温度为600℃，扩散还原氢气的流量为4.0m3/h，还原反应的时间为4.5h，筛分采用的筛网为200目筛网，得到铁基预合金粉。
对比例4
一种金刚石工具用铁基预合金粉，成分组成为：Fe:40wt％、Cu:39.6wt％、Ni:4wt％、Co:5wt％、Sn:5wt％、Zn:6wt％、O：0.4wt％；通过如下操作步骤进行制备：
S1.制备铁基母合金粉：按铁基母合金粉中成分组成为：Fe:46wt％、Cu:44wt％、Ni:4.5wt％、Co:5.5wt％加入各金属原料，金属原料包括工业纯铁、高纯阴极铜板/块、电解铜板/块和电解镍板/块，采用水雾化法制备铁基母合金粉，合金熔体的过热度控制在52℃，雾化罐水位控制在1.0m，雾化压力控制在50MPa，然后烘干，真空干燥温度控制在160℃，干燥炉转速控制在3rpm；
S2.扩散还原获得铁基预合金粉：往S1得到的铁基母合金粉中加入200目雾化锡粉和200目雾化锌粉并混合，加入量按最终产品铁基预合金粉中Sn:5wt％、Zn:6wt％计算，之后选用钢带式还原炉在纯H2气还原气氛中进行还原扩散、粉碎、筛分，还原温度为600℃，扩散还原氢气的流量为4.0m3/h，还原反应的时间为4.5h，筛分采用的筛网为200目筛网，得到铁基预合金粉。
性能测试
对上述实施例1-5和对比例1-4的铁基预合金粉的各项性能指标进行分析，其中各实施例与对比例成分组成及粉体指标如下表1所示，氧含量依据氢损法(GB/T5158.2-2011)测量：
表1
由上表1可知，实施例1-5的氧含量均低于2000ppm，粉体氧含量达标甚至优异，可避免氧化反应影响粉末烧结，并且粉体粒度分布合适，有利于降低烧结温度、充分扩散还原、提高烧结体强度和提高对金刚石的把持力。
进一步，将上述实施例1-5和对比例1-4的铁基预合金粉，在外形尺寸为30mm*10mm*5mm的石墨模具中，在不同的温度下热压烧结5分钟，测定烧结块的相对密度和硬度，其中，相对密度计算方法为：将上述实施例1-5和对比例1-4的铁基预合金粉，利用拉托拉试验机测量胎体的生坯强度，也就是成型能力，具体方式：采用25MPa的压力，压制φ11.3mm*H11.3mm圆柱体，参考国标GB/T11105-2012计算拉托拉值。对上述各实施例和对比例的铁基预合金粉的上述性能指标进行分析如下表2所示：
表2
根据表2的数据可知：实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5在较低的烧结温度下获得较高的烧结密度，较好的烧结温度为775-810℃，当烧结温度超过810℃后相对密度不再提高。
此外，上述各实施例在810℃烧结时硬度基本达到最大值，之后温度升高硬度变化非常小。这一结果与烧结相对密度随温度的变化规律基本是一致的。
从拉脱拉值来看，实施例1-5的生坯强度优异，而对比例1-4拉脱拉值较大，生坯强度不够好。
对比例1虽然元素组成与含量处于本发明范围内，但是在制备方法上元素投入顺序与本发明提供的方法不同，导致胎体性能不如实施例1-5。
对比例2具有与实施例相同的元素组成，但是其元素配比不在本发明范围内，使用的制备方法也与本发明的不同，由数据可知其相对密度、硬度和生坯强度不如本发明的实施例。
对比例3由于不含Ni和Co元素，且Fe含量太低、Cu含量太高，胎体综合性能不够良好。
对比例4的Cu、Sn和Zn的总量超过40wt％，使得胎体过软。
很显然，相比于对比例1-4，实施例1-5在较低的烧结温度可获得较好的性能，适用于低温烧结，有利于提高烧结模具的寿命、减少金刚石损伤。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种金刚石工具用铁基预合金粉，其特征在于：铁基预合金粉的成分组成为：FeaCubNicCodSneZnf(O)g，a、b、c、d、e、f和g分别表示各成分的含量，以重量百分比计，a+b+c+d+e+f+g＝100％，其中7％≤b+e+f≤40％，2％≤c+d≤10％，g≤0.3％。
2.根据权利要求1所述的金刚石工具用铁基预合金粉，其特征在于：8％≤b+e+f≤35％。
3.根据权利要求2所述的金刚石工具用铁基预合金粉，其特征在于：12％≤b+e+f≤30％。
4.根据权利要求1所述的金刚石工具用铁基预合金粉，其特征在于：5％≤b≤35％，1％≤e≤10％，1％≤f≤10％。
5.根据权利要求1-4任一所述的金刚石工具用铁基预合金粉的制备方法，其特征在于：包括如下操作步骤：
S1.制备铁基母合金粉：按铁基母合金粉中成分组成为：Fe:49.7-91wt％，Cu:5-35wt％、Ni:1-10wt％、Co:1-10wt％加入各金属原料，采用水雾化法制备铁基母合金粉，然后烘干；
S2.扩散还原获得铁基预合金粉：往S1得到的铁基母合金粉中加入锡粉和锌粉并混合，加入量按最终产品铁基预合金粉中Sn:1-10wt％、Zn:1-10wt％计算，之后在纯H2气还原气氛中进行还原扩散、粉碎、筛分，得到铁基预合金粉。
6.根据权利要求5所述的金刚石工具用铁基预合金粉的制备方法，其特征在于：S1步骤中所述水雾化法制备铁基母合金粉的部分工艺参数为：合金熔体的过热度控制在50-100℃，雾化罐水位控制在0.5-1.0m，雾化压力控制在35-50MPa；所述烘干的部分工艺参数为：真空干燥温度控制在160-180℃，干燥炉转速控制在2-4rpm。
7.根据权利要求6所述的金刚石工具用铁基预合金粉的制备方法，其特征在于：合金熔体的过热度控制在60-80℃，雾化压力控制在40-45MPa。
8.根据权利要求5所述的金刚石工具用铁基预合金粉的制备方法，其特征在于：所述金属原料包括工业纯铁、高纯阴极铜板/块、电解铜板/块和电解镍板/块。
9.根据权利要求5所述的金刚石工具用铁基预合金粉的制备方法，其特征在于：S2步骤中所述还原扩散的部分工艺参数为：选用钢带式还原炉，还原温度为450-850℃，扩散还原氢气的流量为3.0-5.0m3/h，还原反应的时间为3.5-5.5h。
10.根据权利要求5所述的金刚石工具用铁基预合金粉的制备方法，其特征在于：S2步骤中所述锡粉为200目雾化锡粉，所述锌粉为200目雾化锌粉，所述筛分采用的筛网为100-325目筛网。
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