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）%

. a0 S8 S$ r- u' R* X$ t: d: A, m* O6 B" M' T1 c; e; q: \. W' E h# L0 Z1 f- w3 P5 z+ j+ z! r# ^6 ~1 f, }# @ R' `( l) |4 J+ x* P) S. ]8 \1 l8 m, k0 s% S* p$ Q$ G/ n( y+ K4 t) \2 s' ?" {2 h V& o% I L9 J6 x) a3 x7 k+ {- |5 A! u2 P+ e9 o( H4 I4 @0 `1 R' s; w5 }8 b5 v( Y: D$ y! w5 m+ p8 y- ~/ d8 {2 ^. i( B2 X' l( w$ l2 u, P- c# d% F0 K% K, h5 b. L3 J. ~! k3 ]* V3 D6 ?3 p( f. n3 ~" h, O' E- p! G# ]/ f( N! w# e" F/ i {6 Z j* ~6 e) ^" N" f/ k5 I B, o7 a- X: N* e5 _9 L q# S9 K- E; |( ~) _& [1 |4 v9 u3 P" Q: M; c4 A7 J* l, n% l6 F t% M( j1 M: Z" I' z6 K) u1 n, m; M6 F2 g9 Q

% c/ J& r# A) F2 X7 W 组别	Fe	Fe-P	Fe-Cu	2 p9 c b z: w5 u; P6 H Cu	3 @' s" v1 t4 F9 {/ s; [, J) y Ni	1 ]5 c" o: o! [; d Co	Sn	WC	A4
1	; O3 S& O$ a( O( J/ m 31.5		8 A8 @+ _; V* a6 I" f	30	* d8 d4 A: t! q* i 16.5	) M/ U) I* s; z, B% M2 k 7.5	( T9 I9 l8 M8 A4 J6 i$ R 7.1	4 g) R: X* B# B F. @2 r 6	6 B/ _. D. g: p- I 1.4
3 J. }0 j z# |- @2 X* J2 X 2		; `( l' K# _8 ~1 q# E% F; V/ i 31.5		3 y5 P. l) B" s2 E 30	! p! h) e4 @( t 16.5	7 x `% F$ O2 o+ M0 w' H. C" x 7.5	) p8 W2 g3 g/ e 7.1	6	1.4
3		' g& o8 {4 T8 A6 c	34.7	+ U; i) X/ D: O" c, M 27.1	16.5	0 L$ O& o+ j% M r) H% A 7.5	6.8	6	1 Q9 ~* Q% `0 j; ~- Y% }$ F7 B" \ 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。

4 W# n- I% U9 ?. H8 t

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。

2 u2 F$ S+ M- t* x! b* S# m

结果如下：

' Q( G! A" i8 F5 \' G. A, B0 i- S- X; D% h6 N# b) k+ b' G; I; B- V6 v- ^9 |6 |, h. v/ c. w; y6 }& B" O: u) f1 W- `0 S! D9 u/ z5 }- `* {& S4 T0 [$ ?' T5 x6 Q; z8 \- ~+ O* J$ k- o# \5 N g$ A# k8 }0 a' ]8 B& u! m4 T3 ?4 F* D M* B# p8 n$ r4 _6 S8 S* a! ]% V, D0 ?% g# ?2 v6 g7 x' Z: O6 d/ P0 n1 W$ j% R: e# S$ _8 I1 [) ~+ z: i' k5 m, p' E; m c( l1 V# |# f% z$ G$ W: n" H. n/ j+ X h7 H$ c; s9 {7 ]

. s" s! _& L0 ^5 D: a 基体材料	6 h& u$ I0 i* s; c 相对密度：%	: }6 j3 t* Y3 d8 {& B- X0 G 抗弯强度：MPa	* p; y( t9 \; T% F$ J1 e+ Q( S 硬度：HRC	1 [, |1 Y1 H7 h3 `+ f2 f# G 磨损率：	7 y# R- l3 J" ^% g Q1 } 复合材料强度：MPa
- c! r, t4 E5 {( z 1	97.9	3 S- v+ E: X7 |( | 1182	- U0 X2 Y; p* M2 q' k 26.2	2.17	994
2	0 [. @& g: g& E e- |3 @8 ]# B 99.6	" i- `1 Q0 E. A# q& j 1567	% {; M, ^/ a7 m# E/ I7 w8 U 21.8	1.25	; A' B J g8 W: S3 n 1169
3	5 V' U/ p9 i. ^2 E9 v1 Y$ l1 A( z 99.6	`+ \6 s+ l2 a: S3 } x 1320	* P' P/ j% c' m& l( [# T 20.6	8 P( e: P2 N, g 1.15	997

" n& Q" E% P- h t. D( g1 e

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。

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。

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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