[發(fā)明專利]一種高強(qiáng)耐磨粉末冶金復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310533177.3
• 申請(qǐng)日: 2013-11-01
• 公開（公告）號(hào): CN103521764A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫友宏;高科;李夢(mèng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F1/00
• 分類號(hào): B22F1/00;C22C32/00;C22C1/05
• 代理公司: 長(zhǎng)春市四環(huán)專利事務(wù)所 22103
• 代理人: 張建成

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種粉末冶金復(fù)合材料，具體涉及一種利用碳納米管為強(qiáng)化材料、粉末冶金混合材料為基礎(chǔ)胎體、金剛石為耐磨相的高強(qiáng)耐磨粉末冶金復(fù)合材料，屬超硬材料范疇。

背景技術(shù)

目前，對(duì)于破碎巖石所使用的粉末冶金孕鑲金剛石切削工具而言，切削巖石的效率、壽命和整體強(qiáng)度是評(píng)價(jià)其性能好壞的三大指標(biāo)，國(guó)內(nèi)外基本選用50—300目多種金屬粉末和單晶或聚晶金剛石按照一定比例均勻混合，采用熱壓或無壓浸漬法而形成的具有切削或磨削功能的制備方法來實(shí)現(xiàn)，此三項(xiàng)參數(shù)通常很難同時(shí)提高。已經(jīng)公開的粉末冶金配方種類很多，有WC基、銅基和鐵基等。通過加熱（或加熱加壓）的方法，利用粉末冶金工藝向金屬粉末胎體中一定體積的金剛石制備的特殊材料，其中金剛石作為硬質(zhì)點(diǎn)和耐磨相，被鑲嵌于合金胎體中。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）王偉雄等研究表明在鐵基胎體中添加0.1-0.8wt%稀土元素La，可以提高富鐵胎體在高溫時(shí)的定壓熱容；肖俊玲等研究表明磷P加入金剛石鐵基胎體中，有效的組織了鐵對(duì)金剛石的熱侵蝕作用，同時(shí)含P胎體對(duì)金剛石具有良好的鑲嵌能力和工具良好的自銳性。由于金剛石復(fù)合材料的性能主要取決于金剛石本身的性能以及用來包鑲金剛石的金屬粉末胎體材料的性能，因此研究的熱點(diǎn)主要集中在提高金剛石的自身性能、金剛石進(jìn)行表面改性及優(yōu)化胎體材料配方設(shè)計(jì)以提高胎體材料對(duì)金剛石的包鑲能力，選擇具有高抗彎強(qiáng)度及高耐磨性的胎體材料以使金剛石工具適用于更嚴(yán)酷的工作的環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高強(qiáng)耐磨粉末冶金復(fù)合材料。

本發(fā)明的另一目的是提供一種高強(qiáng)耐磨粉末冶金復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明利用纖維強(qiáng)化機(jī)理，采用粉末冶金工藝，向粉末中加入一定量的碳納米管材料，以制備具有良好綜合性能的金剛石復(fù)合材料，以實(shí)現(xiàn)胎體材料的強(qiáng)度和耐磨性同時(shí)提高的目的，從而提高金剛石工具的工作效率和使用壽命。

本發(fā)明之高強(qiáng)耐磨粉末冶金復(fù)合材料是由胎體粉末和金剛石顆粒制成，所述的胎體粉末是由基礎(chǔ)合金胎體粉末與碳納米管構(gòu)成，所述基礎(chǔ)合金胎體粉末與碳納米管的體積比為200：1～20：1；胎體粉末和金剛石顆粒的體積比是19：1～3：2；所述的基礎(chǔ)胎體粉末是WC基、鐵基或銅基。

本發(fā)明之高強(qiáng)耐磨粉末冶金復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟：

（1）、將WC基或鐵基或銅基基礎(chǔ)胎體粉末各成分按比例混合均勻，得到基礎(chǔ)合金胎體粉末；

（2）、將步驟（1）所述制得的基礎(chǔ)合金胎體粉末和碳納米管按照體積比200：1～20：1的比例進(jìn)行配料，首先將碳納米管放入高純酒精或丙酮溶液中超聲波振動(dòng)進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁缓蠓湃牖A(chǔ)合金胎體粉末中混合攪拌，使混合粉料在容器中呈可流動(dòng)的糊狀（以靜止時(shí)不分層為標(biāo)準(zhǔn)），用攪拌機(jī)攪拌10-50min，形成包含碳納米管的均勻胎體粉末；

（3）、將步驟（2）中所述制得的胎體粉末和金剛石顆粒按體積比19：1～3：2進(jìn)行混合配料，然后用攪拌機(jī)攪拌10-30min，得到最終需要的混合均勻的孕鑲金剛石的粉末材料；

（4）、燒制方法為熱壓或無壓浸漬燒結(jié)法：將步驟（3）中所得粉末材料裝入石墨模具中，熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為980℃，保溫5-30min,壓力為100-150kgf/cm²；無壓浸漬燒結(jié)溫度為1020-1180℃，保溫20-60min。

利用本發(fā)明制備的碳納米管纖維強(qiáng)化金剛石復(fù)合材料，其綜合性能良好，胎體硬度和整體強(qiáng)度明顯提高，胎體對(duì)金剛石的包鑲能力增強(qiáng)，耐磨性能增加。

實(shí)施例1：

熱壓WC基胎體配方：首先將WC粉（50%）、663青銅粉（22%）、YG6（18%）、Ni粉（5%）、Mn粉（3%）,Co粉（2%），放入混料容器中，用三維混料機(jī)進(jìn)行機(jī)械球磨24小時(shí)；稱量0.05%碳納米管于耐高溫坩堝中（于乙醇中超聲波震動(dòng)10min,真空烘干箱中100℃的條件下烘干30min），混入均勻的金屬粉料，攪拌30min，制得混合粉體；然后再加入金剛石20%，攪拌30min，制得最終的復(fù)合材料粉體。將以上所得粉體加入模具中，熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為980℃，保溫5min，壓力為100kgf/cm²，獲得所要孕鑲金剛石切削齒。

實(shí)施例2：

無壓浸漬WC基胎體配方：稱重60-400目鑄造WC粉88g、霧化鎳粉12g、碳納米管材料0.05g。其混料方法與實(shí)施例1相同。將以上所得粉體加入模具中，上面放入100g銅合金浸漬金屬，無壓浸漬法燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1170，℃保溫30min，獲得所要孕鑲金剛石切削齒。