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。

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1、实验方法

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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）%

3 |$ ?/ X$ y& P L4 S; V; F. g9 J( l8 c+ M: l3 j/ [9 E) {: \! u7 S. Z# J. f7 O4 D. i# {# A" L. l+ _2 L: q6 ~0 y8 F' ]9 S( `$ t0 Y, M) m1 k* P- I7 c. ?, B" w/ \: D. L9 z2 u# X7 N' Z! F( O U5 i! C1 H( q( k% u8 k6 b; D s8 n% K, q% @ M( ~: h9 H k+ p5 I" [' a0 y% S5 y+ Q! m% S& L% J/ v, R/ m* L- b/ r4 V/ h7 G$ W+ J/ Y) b$ o; Y0 @& F) N! s; y. u" b2 x- H9 Q% V6 G0 R! U1 K0 X$ |/ h: B! P$ v. f* P8 b" Z* Y5 D/ U9 r( A1 E! I0 Y4 |- s) w2 Z' l+ B' Z) v) f( J- g/ h9 B/ a% }# A4 {0 c0 Q2 ^/ t, ` ~0 c& v" t% ]1 T: T7 O, b, K5 c, }2 K9 T1 V" S

k. u2 D0 l' o% u' O 组别	Fe	Fe-P	7 T3 j& x/ e5 ^$ c Fe-Cu	& Y W$ t3 Q1 B/ H- w Cu	Ni	! c6 ^4 E- R" o' x! m! j# } Co	$ b& c9 l7 ~- \7 N/ b9 P Sn	WC	A4
1	4 i' w+ S& l( X; F& \! w8 n 31.5	. e, a/ C2 j5 d; H& S	* d$ V+ l( u$ N8 o' v	4 z# s2 @5 R$ ~% G7 ]4 `0 s8 [. L7 W 30	16.5	9 c1 h1 q! |0 r/ W( G& c# z8 Y 7.5	7.1	6 ~: W3 n7 d+ g" \( g3 K( d 6	1.4
2		31.5		30	16.5	$ x. s2 U" J( c0 _# x& E 7.5	7.1	3 \, q) Z0 `! ?- O2 y4 w 6	1.4
3	9 N* ~4 b H7 P6 J# F, \2 q	0 E) p) p9 S8 ^8 h/ x' K	# F2 Z: v8 K- b* R 34.7	27.1	16.5	7.5	2 _0 v d$ B, b0 R: o# S3 ?* R; Z 6.8	6	2 X0 I5 d% [0 o' s 1.4

注：A4为自制母预合金粉末

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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。

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：

8 F. d7 {5 T2 @# \' M8 K9 M X8 A8 u2 y% r/ W9 p: Q$ y; V' p* {3 ^9 e3 q) v- n2 C; ?2 Y Q) n1 `- x5 R# d7 P; Z) @3 A0 _0 T! r9 x4 [9 x8 x0 |. c0 c6 T& ]: i4 e" N3 ^% b, C' F, C/ q0 n7 @2 G$ u& T/ @5 x7 i: {8 p, x/ o$ p7 W/ P/ e2 a* @4 l! ~, Q1 @9 S: E) i: d. \) t6 `6 a2 A1 G2 E: ~& F( J! j7 T( K W. x, g6 K: s5 }# D8 I/ o+ i! o, K

8 h, K$ F2 T" _$ K; u7 W* ` 基体材料	相对密度：%	+ r/ S/ Q# i' k6 H. b3 C. o6 D 抗弯强度：MPa	8 `. \/ E3 _8 ]& e7 e' L 硬度：HRC	磨损率：	( V0 |# b" x4 q! w) y 复合材料强度：MPa
1	97.9	- }$ A- U4 Y( R2 p' ? 1182	26.2	2.17	3 u, I! {/ l' A" d" J" q 994
2	99.6	* Q# Q; U: `- N& j. r: Z 1567	21.8	. r* }% k5 G# Y z/ V/ \/ w 1.25	0 H1 l' y1 n+ K% i# I$ `$ |, S 1169
3	99.6	# H& O& S# u: v5 M, f4 P 1320	20.6	1.15	997

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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。

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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。

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

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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。