高壓水霧化快冷法制備預(yù)合金胎體粉末的研究

高壓水霧化快冷法制備預(yù)合金胎體粉末的研究

1預(yù)合金化粉末鉆石工具是一種研磨、研磨、用金屬粉末、樹脂粉或陶瓷為胎體形成各種型號和規(guī)格的工具。廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘探、非金屬材料加工，尤其是石材加工和建筑材料。金剛石工具所用胎體粉末,目前正在向預(yù)合金化方向發(fā)展。因為與10年前相比,金剛石工具行業(yè)經(jīng)過激烈的競爭,一些中小企業(yè)被淘汰,企業(yè)向規(guī)?；l(fā)展,霧化生產(chǎn)的預(yù)合金化粉末燒結(jié)溫度低,合金化程度高,流動性好,能有效調(diào)整胎體耐磨性,提高胎體對金剛石的包鑲能力;在工藝上,預(yù)合金粉末流動性好,適于大批量的自動壓機規(guī)?；a(chǎn);另外霧化預(yù)合金粉末生產(chǎn)效率高,成本亦較電解等方式生產(chǎn)的粉末相比低。本文以高壓水霧化生產(chǎn)的預(yù)合金胎體粉末為研究對象,研究了如何利用高壓水霧化制備預(yù)合金粉末以及此種粉末應(yīng)用在金剛石工具行業(yè)的優(yōu)異性能。2快速凝固水霧化技術(shù)快速凝固水霧化技術(shù)制備合金粉末的原理是將熔融的金屬液流注入漏包坩堝,在漏包坩堝的下方置有水霧化噴嘴,當(dāng)熔融的金屬液流通過倒流嘴流經(jīng)噴嘴時,被噴嘴射出的高速水流擊碎成小液滴,隨后合金液滴落在水中凝固成粉末。快速凝固水霧化技術(shù)與傳統(tǒng)的熔鑄技術(shù)制取的粉末相比,具有明顯的優(yōu)勢:(1)組織細小,成分偏析小;(2)可擴大合金化元素的種類及成分范圍;(3)具有直接制備粉末的大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)優(yōu)勢,污染小,工藝簡單。2.1制備預(yù)合金粉末實驗采用壓力為50MPa國內(nèi)最先進的高壓水霧化設(shè)備制取預(yù)合金粉末,為了適應(yīng)不同石材,制取了3種不同預(yù)合金粉末,分別編號為Follow100、Follow200和F01low300。選用SMD40/50和SMD2540/50金剛石,粉末經(jīng)干燥篩分-200目。采用熱壓燒結(jié)機熱壓刀頭,以高頻焊接機焊接成鋸片。2.2工藝路線2.2.1生成合金粉末、非碳化器先把合金成分中需要的金屬塊放入中頻感應(yīng)爐中冶煉成合金液,全部溶化并達到一定過熱度,然后把合金液倒入中間包,合金液通過中間包底的陶瓷漏眼流入霧化器。同時,霧化器噴射出的高壓水流擊打合金液使之成為小液滴。小液滴落到收集桶中冷卻成為粉末,粉末經(jīng)過一系列后處理,如干燥、篩分、退火等成為合金粉末。霧化劑粉工藝流程圖如圖1。2.2.2燒結(jié)性能的確定把金剛石和合金粉末均勻混合之后裝入石墨模具中,采用熱壓燒結(jié)機進行燒結(jié),升溫過程的壓力為全壓2/3,保溫時為全壓,釣4MPa,燒結(jié)溫度的選擇與胎體成分熔點有關(guān),—般應(yīng)保證燒結(jié)后試塊要具有足夠的強度,一定的硬度和耐磨性。Follow系列粉末燒結(jié)性能數(shù)據(jù)附表1。刀頭制成后焊接面進行清洗,再與基體高頻焊接。金剛石工具刀頭制作流程圖如圖2。2.3性能測試采用三點彎曲法測定抗彎強度,硬度計測定硬度金相顯微鏡觀察組織形貌,SEM觀察斷口形貌。3結(jié)果與討論3.1按預(yù)合金粉末制作金剛石工具胎體實際中有多種生產(chǎn)粉末的方法,如還原法,還原化合法,氣相沉積法,液相沉積法,電解法,霧化法,機械破碎法等,但從工業(yè)規(guī)模而言,應(yīng)用最廣泛的則是還原法,霧化法和電解法,而霧化法又是能大量制取預(yù)合金粉末的最好方法。用預(yù)合金化粉末做金剛石工具胎體有如下好處:易于調(diào)節(jié)胎體性能,使之與加工對象相適應(yīng);采用預(yù)合金化粉末,可使燒結(jié)致密化的溫度降低,提高致密性和均勻性,從而改善金剛石工具胎體的磨損狀態(tài);可以提高胎體對金剛石的包鑲能力,并且抗沖擊性能好;能防止低熔點金屬過早流失或偏析,粉末流動性好,不易氧化,保存方便,適于大批量自動化壓機規(guī)模化生產(chǎn),并能簡化制造工藝,能取得較好的經(jīng)濟效益?；谝陨蟽?yōu)點,也為了滿足不同石材的需要,我們設(shè)計了三種預(yù)合金粉末,分別命名為Follow100、Follow200和Follow300,粉末主要性能如表1。3.2粉末合金化對金剛石工具性能的影響從圖3可以看出,水霧化制取粉末為不規(guī)則狀,粉末顆粒表面不太光滑,大小的顆粒黏附在一起,所以粉末的流動性較氣霧化球形粉末稍差,但壓制形和成形性好,與電解粉末相比,即具有電解粉末發(fā)達的表面,又擁有良好的壓制與成型性、適宜的松比,特別適應(yīng)金剛石工具行業(yè)的要求。圖4是Follow300粉末金相照片,可以清楚的看出,粉末合金化十分均勻,沒有出現(xiàn)不均一的單質(zhì)和析出相,粉末均一的合金化結(jié)構(gòu)有利于降低燒結(jié)致密化溫度,提高致密性和均勻性,從而改善金剛石工具胎體的磨損狀態(tài),同時提高胎體對金剛石的包鑲能力和抗沖擊性能;均一微結(jié)構(gòu)還能防止人工混料時的混合不均勻,從而防止低熔點金屬過早流失與偏析,利于產(chǎn)品的穩(wěn)定。3.3預(yù)合金粉末空白胎體斷口分析表2是Follow系列預(yù)合金粉末在各自熱壓溫度燒結(jié)后,刀頭的硬度和抗彎強度數(shù)據(jù)。可以看出,Follow系列粉末空白胎體(刀頭)的硬度適中。就Follow300而言,含金剛石胎體和不含金剛石胎體的抗彎強度下降小,說明加入金剛石之后,Follow300粉末很好的包鑲金剛石。圖5是Follow300預(yù)合金粉末空白胎體斷口SEM形貌分析。圖中可以清楚的看出明顯的韌窩狀斷口,說明材料的斷裂以韌性斷裂為主,所以材料具有良好的塑韌性。圖6是Follow200+20%金剛石胎體包鑲金剛石情況,斷口中的金剛石顆粒表面已發(fā)生明顯的變化,表面上黏結(jié)著一些胎體合金,金剛石的邊緣與胎體的結(jié)合很好,金剛石出露較高,表現(xiàn)出了對金剛石的良好浸潤與黏結(jié)性能。3.4大鋸片的使用,小缺陷,符合現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)要求刀頭焊成鋸片后,在某廠進行了切割實驗,情況如表3所示:從切割實驗可以看出,Follow系列的鋸片使用情況非常好,對比某廠使用的鋸片,就350的小鋸片來說,不但出韌鋒利,兼容性好,而且切割效率與平米數(shù)高,滿足了實際生產(chǎn)中對小鋸片鋒利度和平米數(shù)高的要求。Follow200甚至超過了廠家目前使用的鋸片性能,就Follw300做成的1600大鋸片而言,使用情況更好,即做到了切荒料的大鋸片所必須的耐磨、鋒利的特點,文有很長的切割壽命,可以做到連續(xù)切割荒料達250m2以上。相比于廠家使用的130～150m2的使用壽命,提高了約60%。通過實驗,可以得出結(jié)論:用Follow凡系列預(yù)合金粉末做成的鋸片,性能優(yōu)異,完全滿足切割石材的要求。4刀頭的壓制形(1)采用快速凝固水霧化技術(shù)制備的Follow系列預(yù)合金粉末,成不規(guī)則狀,粉末成分均勻,松比與流動性適宜,壓制形和成形性好。(2)用Follo