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

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）%

. q k' F% ?$ \ c( }4 z9 k9 o4 B, R, d+ Z1 D' E! ^- Q, r- n, Q3 L- C! ^+ S, R8 n& D1 G; e, K# _0 X; V. g9 Y( p$ S. @% m& B- c ]- E2 D; r6 ]1 y, p! m8 V4 k- w* D4 g4 u% p1 t7 h* n$ h6 m3 S# t6 Z. Q, Y3 y! @" [7 |. D7 c- e5 S; F& K$ n0 _- p7 l6 E5 J# N( g) G2 D- n! R4 ~2 l9 h& D2 t& [! j) v& e' L2 f. Q$ u. i& i, A: J1 d( J/ G M) b/ G9 U! C# e1 f% g6 [" O \: l' J2 g$ s# I* J1 x$ v" n& a5 D( l/ V( g) k$ {4 A4 `+ h. ~1 d9 m* a, N7 ~# v9 E9 X2 Z( K$ E

! S2 {4 v5 e; ^1 G+ s 组别	Fe	Fe-P	Fe-Cu	$ q1 a+ b: C( h, H8 e: ]) V Cu	Ni	Co	Sn	7 A, J n! c) ~6 R WC	A4
1	31.5	2 x% e+ @9 \% g/ d- a @/ y, F- X4 v		. y/ c5 S1 }. t# e7 j# k- i 30	16.5	7.5	/ ]' t4 X' Y6 G3 S8 y, c/ M 7.1	' y& B4 V6 E6 `' o2 H8 y3 b 6	1.4
2		31.5		& z5 ?9 r3 ]. j! f* c( W 30	16.5	' } y, w. m& i8 f5 q" O. m/ A. i 7.5	7.1	$ {& X) q0 c9 l) t M 6	+ p6 U7 J2 c- u$ q9 m 1.4
6 C6 z) f5 {& @ 3		1 e4 K' m( u; |( s	34.7	, r# j2 [, r7 D; ^6 I* s* n5 z+ Q 27.1	16.5	% I7 K* d& ^5 @+ B& I/ I) @9 }0 @ 7.5	. _2 z/ M0 t5 n4 M' |; O 6.8	& U8 `; q: H" Z8 j 6	$ U+ K9 E$ y- G0 E% {" t' y 1.4

注：A4为自制母预合金粉末

7 Q3 Y2 Z0 R' O: \

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。

8 d( P. Q! J( s P4 ^

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。

结果如下：

7 y6 ]& t" p. r' `% ^9 d, l8 K$ q% x5 M$ S/ c( H8 t: i, w& b* p- ^/ v9 V8 v; t' ^0 I! e; z3 g& y0 o. d& l8 z. N" o2 {& m ^- I1 O- [0 N' u( A) N3 L4 J, u) V" O$ D3 U) ^6 i; ]2 Z. H9 Y0 ?7 q: D1 l# i# W/ f( |) ~0 b* k Q% N; M9 I' \) @, C/ H% V h8 ^, F/ L/ Y" @' C9 m- _0 D' h! R4 `3 m: |

3 [/ X' X+ ^( @/ g5 D7 q 基体材料	相对密度：%	抗弯强度：MPa	9 Z& H& P1 _9 a9 @/ y 硬度：HRC	磨损率：	) b+ n2 d/ f7 w0 O 复合材料强度：MPa
% X( D+ ], }. s( s 1	9 [1 `" e8 ^' `, M0 z$ H: \; n 97.9	1182	1 T5 B E5 v) _" O 26.2	/ P' q2 H3 v9 ^- G! J3 B, h. N 2.17	1 g1 L7 {! l* U' S0 L7 ^, S 994
; x5 b) c/ Q# ^) j/ R; n 2	$ X2 O( s- a5 }4 \4 A 99.6	1567	2 T S" q+ l/ z# N 21.8	$ b$ H' f& ?; h0 x' A 1.25	1169
3	! @2 H* s D' F8 G2 S 99.6	1320	20.6	' W3 B2 |/ V2 O0 `1 C' g; z 1.15	" a/ }! K% B$ M3 { 997

2、结论与分析

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2.1预合金粉末能够提高金属基体密度、强度、耐磨性。

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。

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。

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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。

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