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）%

: V5 o7 h b7 ^+ K& l3 w+ V3 H O- m+ c: Z% X8 w4 O) P3 ]( C& k$ n; ~) H) ?1 D. l4 I; I3 S: T3 r! q% Z% M# X+ U4 n- u* M p2 e& n& h' D' i7 K2 c, d- p2 r- O4 w" o% F o. j6 S! u F* t: n: B6 X6 b A3 U C9 T a1 F0 G0 N' d2 |: `! a4 W, _+ O" ~# S3 k& N3 c0 v5 X) E. i6 K2 y# r$ P- F% S# h# D: Z. |, F3 ]3 @. E P# s$ w4 M+ d2 A! A! i7 L" ], _* w0 Q3 I: ?; i4 H) |1 R5 n' P7 e* X( {' w8 E8 ?6 O n5 E4 u' h5 ~: I& v8 E8 q, ?" |6 ?* M& ~! @1 [1 j+ W- q5 `, Q1 m3 [' U0 ]4 _4 D5 v4 n. T6 L0 h/ R7 V) O0 G; |' I$ W) G6 n1 \1 o5 @: V, V0 M: }7 ^( w7 \5 N ~9 E! T% Z# e, P# r. `. r; b7 v! a- s/ L! ?$ u" M, ~8 B2 Y6 |4 r: d0 M0 r4 u" {& y+ _( M$ X( M+ ]( X4 Q. M. o3 N

组别	7 {9 l* B% x/ a8 l8 @ Fe	! m2 I. B0 U5 ?# q Fe-P	R$ n) f6 Y ]$ Y Fe-Cu	5 [4 Q* S) O& ^; I& F Cu	* i8 a y- ?7 ~7 i( k4 w Ni	Co	Sn	( s* Q' j6 S( x5 C& t+ ]' p WC	; `+ A, N5 O) n% ]+ w* o2 |& ]6 q A4
1	1 M( l2 e& @) x1 Z; d8 K* a( j 31.5		; o- R3 e. d% y	30	( |9 A! O' Q& M) | f 16.5	7.5	7.1	6	0 O0 l( ?# Z/ ]( z- z 1.4
1 [# _+ m" r5 w8 E! |1 q- [' j 2	5 W) O; C$ J# Q	% o1 C- e0 a F T( W0 _ 31.5	9 M& c' ~/ b3 ~8 M8 \* ~2 C. p	30	16.5	7.5	/ B% @& ^: ?# h1 o! I/ ^' t- {- ] 7.1	6	1.4
1 R7 Z8 I; b: x% o7 s! {, S3 h: f 3			0 s, b. J8 v% e: K 34.7	27.1	16.5	7.5	6.8	+ x2 y1 Q: @8 I; F/ R3 G7 ]3 V 6	1.4

- q( b* g' u& y/ m

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。

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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：

- h7 c% H- z0 z7 }1 g: t- k* ]- f( q" w& t7 k- X& n6 c& X/ y, B" D" Z5 \+ l5 r* U7 J$ N. i# Q8 N' A" f+ _/ w- h* j( Y% z4 s; D. B4 E" l! c# x( C) N1 g3 Q3 E% _7 X. X1 Q5 ~. ~1 x y" @# h: R! T, A( g- f9 d, I* ^. j3 u5 _+ Z5 W% i! [9 F+ p4 r& J# C& Z# d. |& l1 K! W s, z, i7 D5 j6 ]+ k5 E( P( f' J; Y* j8 E* ]" a+ k% u1 p5 g4 s$ M( S% Q! T% t9 J+ k; \: E7 O; {0 U; e( @5 u- g/ u

基体材料	: g: }7 Q7 M& U 相对密度：%	抗弯强度：MPa	硬度：HRC	/ M8 e0 l5 Q! [. J 磨损率：	" m2 y& R, @' y7 O7 E 复合材料强度：MPa
1	97.9	1182	6 @8 j6 t9 n3 H a+ O9 T 26.2	8 ^4 [6 S B, K |+ U% \ 2.17	994
5 \+ v- O1 t6 I; p" p; ? I$ U9 _. m3 P 2	99.6	4 Z7 |2 d! i$ l1 n3 ~+ K- L 1567	! y! ]5 T1 j' Y& v) b9 ~ 21.8	& V0 G4 z7 T& D) z+ H 1.25	1169
) T) N, a. b+ _8 d5 b 3	99.6	1320	20.6	8 Z4 [' r% ?4 z4 k' n3 j 1.15	997

2、结论与分析

. q" s5 N$ o3 ^4 u3 C

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。

7 l; C9 ?9 Z; o

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。

; a) v# e- Y& e; x9 l1 U

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。

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