[發明專利]具有核-殼結構的復合鐵基粉末及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201811547176.3
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN109351964B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 董書山;孫雙雙;李鵬旭;徐航;陶強;朱品文
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B22F1/02
• 分類號: B22F1/02
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王恩遠

本發明的具有核?殼結構的復合鐵基粉末及其制備方法和應用，屬于還原鐵粉表面改性的技術領域。復合鐵基粉末是以鐵粉顆粒為包覆核心，以納米級氧化鋁或/和納米級氧化鋯為功能化涂覆殼層，以聚乙烯吡咯烷酮K90為有機表面涂膜?抗氧化劑，形成在鐵粉顆粒表面包覆有功能層與抗氧化層的結構。制備是先配置聚乙烯吡咯烷酮K90酒精溶液，再順序加入納米級氧化鋁或/和納米級氧化鋯、鐵粉顆粒，攪拌、晾干、粉碎、篩分。本發明的復合鐵基粉末用于與銅粉、錫粉、鎳粉一起作為金屬結合劑，再與金剛石顆粒一起燒結，制作金剛石工具，改善鐵基金剛石工具燒結胎體的磨損性，改善金剛石工具的鋒利度和鐵粉的抗氧化能力，大幅度提高金剛石工具壽命。

技術領域

本發明屬于還原鐵粉表面改性的技術領域，尤其涉及一種用于超硬材料制品的表面包覆納米級(10～300nm)氧化鋁或/和氧化鋯粉末而具有“核-殼”結構的、可抑制粉末在高溫燒結時的界面融合長大、并具有良好抗氧化功能的復合鐵基粉末。

背景技術

鐵粉是粉末冶金中最基礎的原材料之一，也是金屬結合劑金剛石工具中用量最大的一類材料。目前金剛石制品領域所應用的鐵粉主要以未做表面修飾或改性處理的常規還原鐵粉為主，還有部分水霧化鐵粉、電解鐵粉、化學法所制備的細顆粒鐵粉及羰基鐵粉。良好的鋒利度是金剛石制品的首要性能要求，但鐵粉在高溫燒結過程中極易發生粉末顆粒的界面融合長大，使燒結組織的晶粒粗化而導致胎體的耐磨性過度增強，限制金剛石磨粒的出刃高度及連續出刃能力，極大的影響了金剛石工具鋒利度的提高，這是整個行業中影響鐵基結合劑金剛石工具性能發揮的最大障礙。同時，鐵粉在空氣濕度超過50％的自然環境下貯存超過3個月時，其氧含量的增量往往超過2000ppm，例如，常規200目還原鐵粉的氧含量可由初始狀態的2000～4500ppm大幅度增至7000ppm以上，致使鐵粉因氧含量過高而失效。目前金剛石制品行業內尚無對鐵粉進行改性處理來改善燒結胎體磨損性的技術產品，因而，金剛石制品行業亟需一種能夠控制鐵粉燒結晶粒粗化從而調控燒結胎體磨損性的技術工藝，且可使粉末自身在自然環境條件下能夠長期抗氧化貯存技術，而目前的常規鐵粉已無法滿足鐵基結合劑金剛石工具的工程應用需求。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明提供了一種可以控制鐵粉在高溫下粗化長大的具有核-殼結構的“鐵粉-陶瓷粉”復合功能粉末，用于金屬結合劑金剛石工具，可以有效控制鐵粉在高溫燒結時的粗化長大，細化燒結胎體組織，改善鐵基金剛石工具燒結胎體的磨損性，提高工具的鋒利度；同時，還可顯著改善其在自然環境條件下的抗氧化能力，有利于克服常規鐵粉常常因氧化而導致金剛石工具鋒利度和壽命大幅度下降甚至失效的弊端。

本發明采用的技術方案是：將聚乙烯吡咯烷酮K90以質量濃度為0.5～1.5％的比例溶入工業級無水酒精中，置于不銹鋼料罐中均勻攪拌至聚乙烯吡咯烷酮K90完全溶解為粘稠狀液體。以聚乙烯吡咯烷酮K90酒精溶液為涂膜劑，將粒度為30～300nm的氧化鋁、氧化鋯陶瓷粉末中的一種或二種的混合物加入聚乙烯吡咯烷酮K90酒精溶液料罐中，采用轉速為1000～2000rpm的高速攪拌機攪拌，使納米級氧化鋁/納米級氧化鋯陶瓷粉末均勻分散于聚乙烯吡咯烷酮K90酒精溶液(涂膜劑)中。再將200目以細的鐵粉按配制重量投入，繼續攪拌5-20min，使溶于涂膜劑中的陶瓷粉末均勻涂覆于鐵粉表面，攪拌結束后，將攪拌混合物均勻攤涂于平面玻璃板或鋼板表面，自然干燥后，將干燥物料進行破碎篩分，形成具有核-殼結構的功能化復合鐵基粉末。

本發明核-殼結構的功能化和抗氧化的復合鐵基粉末的具體技術方案如下。

一種具有核-殼結構的復合鐵基粉末，其特征在于，所述的核-殼結構，是以鐵粉顆粒為包覆核心，以納米級氧化鋁或/和納米級氧化鋯為功能化涂覆殼層，以聚乙烯吡咯烷酮K90為有機表面涂膜-抗氧化劑，形成在鐵粉顆粒表面包覆有功能層與抗氧化層的結構；各組分質量份數比例為：鐵粉顆粒98.5～99.6份，納米級氧化鋁或/和納米級氧化鋯0.3～1份，有機表面涂膜-抗氧化劑0.1～0.5份。

所述的鐵粉顆粒，可以是還原鐵粉、水霧化鐵粉、電解鐵粉、化學法制備的鐵粉或羰基鐵粉。