合金化铁粉对金属/金刚石复合材料性能的影响

HEATS

以铁磷及铁铜预合金粉末的形式加入铁，提高金属基体以及金刚石/金属复合材料的强度，提高对金刚石的把持力和耐磨性。

1、实验方法

* o$ u9 `. A5 X8 ^6 j

采用小于75μm目的还原铁粉和鞍钢粉材厂生产的铁铜预合金粉末（Fe-7.2Cu-0.8Sn-0.05其他）及铁磷预合金粉末（Fe-0.51P-0.15C）为基础粉末，按下列配方表配制基体成分：（体积分数）%

" i3 t2 Q) m! M) Y- p; i' j! x6 d# G4 |$ I: r! M) z ?, C2 V, p% H' u- [ g: i& P5 I) _# B* X/ R* R7 n3 i1 @9 ^! U+ H# T% C7 r5 K0 R* q Q$ n2 p5 _, k0 }4 D6 N9 I" h: g/ Y1 d8 m$ l' v0 t$ }! ~# k8 }: n5 O8 s( u1 }) D; w$ Z5 A+ Z9 m9 r1 n4 K- ~6 m+ r7 B' g/ B* e9 z9 k0 s3 Z1 {: F. T8 D) Z% r. I4 t) h5 A' | Q! {1 [" \, Q, \# i# T; H/ ^8 O1 F$ g, }$ i7 P X1 l( l& U# g) h' D6 S+ w2 K ?' {; o; F" `" g2 l* E; U' S' A9 M2 S7 H8 d) y" N2 u2 W: g) \% c6 [( a ]9 v8 D( ^% [! [1 Z' {+ ~# \& ?0 g. _4 f& C) q4 j# i4 x+ |+ ]- [6 `4 T" r! `. @/ S! }0 W/ v, l6 g6 N: n2 d( m. X% p% h! S) i( k+ P9 a/ |' T0 Z

9 P& ~: A" S/ _. ~! | 组别	; W, C: [5 k! g) `3 P: S1 e2 X Fe	Fe-P	Fe-Cu	Cu	1 j& p% l' Z0 s- m' R' {5 f Ni	Co	Sn	WC	A4
. Q6 n) l' F7 |3 v, D+ s' E 1	31.5			30	" W y& i% F8 } 16.5	( A3 {# u8 D. x, `, R' Y 7.5	7.1	6	. E: N3 D3 u7 m/ M, w* U 1.4
2		31.5		30	16.5	. g+ u8 i. A5 K3 u7 h1 F 7.5	7.1	0 n2 x+ e5 N5 }4 h# |2 p 6	+ u P% _% h, U8 W! f 1.4
3	9 C0 p- D; `; }# L" n" v4 f& T" O		34.7	% D7 ]- o. U2 x; }8 j; l 27.1	, F0 m9 j) C& C( ]" f+ x 16.5	6 r* N4 o# @ X1 ~1 n 7.5	7 q/ L) _- s; l8 q/ _ 6.8	* C: R# n; b; N) x( _ 6	! K' U1 u; u8 C. y 1.4

注：A4为自制母预合金粉末

采用热压法制备样品，设备为直热式热压机，石墨模具，热压在空气中进行。温度850-870℃，保温时间4-6min，热压压力为35Mpa。

+ I" P% `7 Z/ X5 ?. l; X

采用HR-150A硬度计测定基体的硬度；在WE-10A液压式万能材料实验机上测定三点抗弯强度，试样尺寸为5×5×40mm；采用阿基米德法测量试样密度；用自制磨损实验机测试基体耐磨性。

9 @( Z( Z$ W& W( s

结果如下：

Q; x; ~ C2 \0 E3 V8 f* ^! }3 h) p8 D% [7 e9 z0 e" i5 Q3 E: g$ E. K" K t* j, x& O3 A( r1 y$ ~/ K. F8 }- X, U6 h% T. J3 o% @) ?% T9 L' n& i/ N5 E& w" U- q& `/ z4 {% _' L. Q D8 H2 i0 ?7 N" s% x0 h# S, l- d9 |- o# A! `) z9 M% a( }- k) E8 E3 [# P* V U& o' e: P& X1 ?5 G/ k j4 m1 A! c9 H8 i4 M0 b/ a; d8 ` D" L' r$ T5 ?; L5 t. K a' E& {6 d( w+ P' Y' l4 _3 U5 y9 ~/ x: e; r y4 i! M' `# ?: `2 f6 N, [5 @/ [

- D8 r2 i' ]8 x' ~3 O 基体材料	相对密度：%	抗弯强度：MPa	7 l% p' w! ]! C) { 硬度：HRC	磨损率：	; g; V+ f! X& R 复合材料强度：MPa
2 x% h) A! K6 a( W, q 1	% Z/ W D$ A$ ^- P- |) l 97.9	1182	26.2	2.17	994
2	, v) n* E! Y" `- D% a 99.6	% R1 c6 ?5 t' _! t 1567	+ x; n1 p7 J% t' A! O/ S5 R 21.8	# F1 h: a! z! s2 \. t 1.25	9 O! e4 O; \2 G1 k0 M' _ 1169
+ b5 e9 P: {; f# s7 x. U g) r8 E1 x 3	99.6	1320	. M5 [/ u2 r; O5 c 20.6	1.15	+ j; Z& P3 z! X% J! B( W6 T 997

( {* M7 U5 X5 b Y

2、结论与分析

$ |! F1 T0 I) M8 R- |% s( [

2.1预合金粉末能够提高金属基体密度、强度、耐磨性。

! y8 F# r. Q" @/ {( W! Z0 n, U

a、  Fe-Cu预合金粉末内存在的Cu、Sn成分，当热压温度高于其熔点时，在合金化的铁粉内部将生成液相，这有利于热压材料的致密化，使其密度达到99.6%。另外，由于铜的作用是强化铁素体，使用合金化的粉末有利于合金元素的均匀化，充分发挥铜的固溶强化作用，使基体的抗弯强度提高。

b、  以Fe-P预合金粉末为基础粉时，一方面，由于磷与铁的原子半径相差较大，形成间隙式固溶体起固溶强化作用。另一方面，磷的加入稳定了α-Fe相，铁在α-Fe相中高的扩散系数增加了烧结的致密化程度，使其密度达到99.6%。密度增加导致强度增加。

: ~/ h& P0 W+ r$ ~- [

c、  由于Fe基预合金粉末的加入提高了基体的相对密度，使其更接近理论密度值，而基体的耐磨性与空隙度有关，密度低，空隙度就大，颗粒间的连接减弱，表面粗糙，耐磨性就低。因此，提高了基体的相对密度的同时，就提高了耐磨性。

# Y2 E' s- r% h6 M# G- a9 ^

2.2基础粉末粒度对基体硬度的影响：降低颗粒尺寸有利于增加材料的硬度

采用还原铁粉基体的显微组织细小，WC颗粒较为弥散的分散在铁粉周围，而使用Fe-Cu预合金粉的试样显微组织粗大，WC颗粒呈团聚状。因此，采用还原铁粉基体的试样中，WC的弥散强化作用明显，表现为宏观硬度高；而Fe-Cu预合金粉的颗粒粗，WC颗粒呈团聚状，弥散强化作用差，表现为宏观硬度低。

3 F! U- ?; ?( |1 Y7 m; K5 L