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

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）%

' B8 r7 Y: t- B/ f7 R: k- [0 t! ~7 Y8 S: \( _: G4 p9 i5 c) m4 K( k- n+ n; z' ?% b# R3 |8 T8 l2 c1 h( E3 M, H5 y/ F0 k/ A+ a2 t" r& C& F/ `2 O' \' i7 w& T4 r: S5 A0 P' u, ~- b/ e$ g! u& B5 Z ]1 Q3 U. @+ B+ d5 b& x) Z) ~# ?4 B/ L% i+ b/ S; B' Q- r. R9 W+ l0 M3 d7 U: [. N8 r, e( |# A6 @) r3 N0 m1 \/ t; Q6 B, `6 R" E) u# O+ {/ U! r6 m0 q% p, t L' ]% m3 k5 L5 f4 m0 Y9 p! e1 `3 @# h U; ?; x! a( ^! {; W7 F& c- M+ v. J) y; _) v& P4 \+ N. f* Z* U* w) [' n7 v' e) f3 R4 A

组别	# U: z% Z: C) p& v% c+ z Fe	Fe-P	; w, q* W; L; _; G/ E Fe-Cu	Cu	Ni	( m; B% r8 v! p/ k, {- B Co	Sn	WC	0 I: p) ^) M- \% D% E A4
! {* T+ ~ W& e& j 1	31.5	7 b& [5 c4 E; ?# |& X2 R		30	. @- d6 y4 C8 L: } 16.5	7.5	7.1	6	. v5 Y2 `' l/ h5 y/ T 1.4
0 W+ {# ^ A* H 2	L ^ |6 ~: L) O1 Q+ K) N	* n# ~+ A' ~5 I1 ~8 B+ p3 F 31.5	) o% [# U# u- c* ]" j! c" Y+ X	4 s) R! V- q, _4 z 30	/ R- v) I( f/ K* n' B- a( P7 @ 16.5	7.5	0 ?) k( \# [4 x8 L1 [$ | 7.1	) H: P0 S+ P% z9 [ 6	5 Z+ i' e9 c; ~, k 1.4
3	: v) P" W) A& G+ U9 B Y		34.7	) W0 C; a3 H5 K4 l3 W R. r* V 27.1	16.5	* ~) m$ n2 n! l. D& A; N0 h 7.5	6.8	6	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。

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结果如下：

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基体材料	7 `0 V' F) m, J5 ?, }6 N1 C1 Q 相对密度：%	4 h% \, U5 B: H! g$ E/ x 抗弯强度：MPa	硬度：HRC	磨损率：	复合材料强度：MPa
2 [2 M h; s i# v2 X 1	2 y5 Q9 u4 R! @0 }, o 97.9	1182	26.2	2.17	994
2	$ W2 r! k& g( s9 v 99.6	1 n' H% c- H2 L* P- N8 H: W 1567	1 l! t: P P2 x8 J2 L4 j9 P 21.8	3 Y e/ J1 X/ H8 \& @0 U8 g5 w 1.25	1169
7 M" I8 g1 g! @+ h& ^7 D$ M5 ^ 3	99.6	1320	! ^. V. Y* }# `3 ]9 V$ B 20.6	$ t1 i z: Z6 n% c 1.15	997

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2、结论与分析

2.1预合金粉末能够提高金属基体密度、强度、耐磨性。

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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

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。