合金粉末

為了解央高溫下鐵對金剛石的熱侵蝕，提高結合劑與金剛石的結合強度以及工具的自銳性，鐵基結合劑的發(fā)展趨勢主要有以下幾個方面：

(1)鑄鐵結合劑。鑄鐵結合劑已成功用于加工陶瓷的金剛石磨輪，其主要成分是：灰口鑄鐵切削粉碎粉加羰基鐵粉。由于鑄鐵粉中含硅，通過燒結處理后使石墨球狀化，而提高了結合劑的強度;鑄鐵中的石墨，可防止磨削過程中的燒焊，使被加工件表面干凈，降低表面粗糙度;鑄鐵粉飽和著碳，使高溫燒結時金剛石所擴散的碳原子極少，從而抑制金剛石的劣化；羰基鐵粉可降低鑄鐵含碳量和燒結后的脆性，提高鑄鐵粉的燒結性和對金剛石的黏結力。鑄鐵結合劑磨輪較青銅基磨輪具有強度高，磨削比大，便于控制磨削速度，工件表面粗糙度低等優(yōu)點。鑄鐵結合劑還成功應用于石材用金剛石圓鋸片。

(2)超細鐵粉。超細鐵粉具有很高的燒結活性，熱壓燒結溫度可降低至800℃以下，可有效避免鐵對金剛石的侵蝕，同時超細鐵粉胎體強度高、硬度高、與金剛石耐磨匹配性好。

(3)添加合金元素。1)加入一-定量的銅、鋅、錫、磷、鐵共晶合金等低熔點元素或合金作為黏結相，讓其在燒結過程中較早熔融，成為液相，使結合劑具有液相燒結的特征，得到理想的致密燒結體。2)添加少量的高硬度、高熔點的骨架成分，如鎢、碳化鎢、金屬氧化物等，以提高結合劑的硬度和耐磨性。3)強化成分，例如加入適量的鎳，固溶強化鐵胎體；加入少量的碳、硅元素，形成Fe，C或Fe，Si強化鐵基胎體；加人少量的磷，可以顯著提高鐵基體的硬度與耐磨性并減緩鐵對金剛石的熱浸蝕作用，并且改善自銳性的作用顯著；加入少量鉬、鈹、稀土元素可以起到同樣的作用。4)增加適量的親和元索來增強鐵基結合劑對金剛石的化學親和力，如加人3%左右的鉆可大幅度提高鐵基結合劑對金剛石的把持力；加入適當的碳化物形成元素(Cr、Ti)，使之能夠在高溫下生成穩(wěn)定的碳化物，強化胎體，提高把持力。

(4)預合金化或部分預合金化。由于熱壓燒結時間短，特別是溫度較低時，高熔點合金元素來不及擴散合金化，仍以單質形式存在，不能充分發(fā)揮作用，鐵基結合劑預合金化或部分預合金化均能有效解決這一問題。例如Fe-Ni-Cu、Fe-Ni-Cu-Sn、Fe-Co-Cu 等預合金粉末已大量用于代鉆工具；添加663青銅、Cu-Sn20、Cu-P、Fe-P、Fe-B 合金粉末來降低燒結溫度；添加Fe-Cr、Fe-Mn 合金粉末較直接添加Cr或Mn效果顯著。

鐵、鈷、鎳統稱為鐵族元素，鐵與鈷的電子層數目和最外層電子數均相同，化學性質和物理性能相近，熔點和燒結溫度相差不大。但是，鐵不具備鈷特有的高溫硬性、熱強性、抗高溫氧化和耐腐蝕性能，合金化不當的鐵基結合劑存在以下幾方面的問題：(1)燒結溫度高，可控工藝范圍窄；(2)鐵在熱壓燒結時很容易侵蝕金剛石；(3)鐵粉活性很大，特別是細鐵粉更容易氧化；(4)鐵基胎體的耐磨性較低，工具壽命短。

硬質合金由硬質基體和黏結金屬兩部分組成。硬質合金是一種優(yōu)良的工具材料，主要用于切削工具、金屬成型工具、表面耐磨材料以及高剛性結構部件。硬質基體采用難熔金屬化合物，主要是碳化鎢和碳化鈦，還有碳化鉭、碳化鈮和碳化釩等，保證合金具有較高的硬度和耐磨性。黏結金屬用鐵族金屬及其合金，以鈷為主，使合金具有一定的強度和韌度。

采用新型粉末冶金原材料，可以簡化生產工藝，降低制造成本。例如，Hoganas公司開發(fā)的部分擴散預合金化粉末(Distaloy粉末)，利用這種粉末制造機械結構零件時，由于可達到較高的材料密度、強度及尺寸公差精度，從而可省去精整或復壓工序，可使零件的生產成本降低30%。

StarmixBoost無鋅粘結混粉是Hoganas公司開發(fā)的一種非常穩(wěn)定而高性能的混粉，特別適合于復雜形狀的零件生產，例如VVT零件，行星齒輪架，同步器齒轂等。使用該粉料，由于其產品尺寸精度和穩(wěn)定性非常好，使產品超標可減少50%，重量偏差可減少25%~50%，尺寸偏差可減少25%~50%，脫模力可減少15%，生產效率可提高10%~30%，減少機加工、質檢和廢品方面的成本。采用易切削粉,可減少切削加工成本。采用燒結硬化粉可在燒結狀態(tài)下獲得熱處理態(tài)性能，從而減少熱處理成本。

分類

鎳基合粉末有自熔性合金粉末與非自熔性合金粉末（鎳合金粉末）之分。

非自熔性鎳基粉末是指不含B、Si或B、Si含量較低的鎳基合金粉末。這類粉末，廣泛的應用于等離子弧噴涂涂層、火焰噴涂涂層和等離子表面強化。主要包括：Ni-Cr合金粉末、Ni-Cr-Mo合金粉末、Ni-Cr-Fe合金粉末、Ni-Cu合金粉末、Ni-P和Ni-Cr-P合金粉末、Ni-Cr-Mo-Fe合金粉末、Ni-Cr-Mo-Si高耐磨合金粉末、Ni-Cr-Fe-Al合金粉末、Ni-Cr-Fe-Al-B-Si合金粉末、Ni-Cr-Si合金粉末、Ni-Cr-W基耐磨耐蝕合金粉末等。

在鎳合金粉末中加入適量B、Si便形成了鎳基自熔性合金粉末。所謂自熔性合金粉末亦稱低共熔合金，硬面合金，是在鎳、鈷、鐵基合金中加入能形低熔點共晶體的合金元素（主要是硼和硅）而形成的一系列粉末材料。常用的鎳基自熔性合金粉末有Ni-B-Si合金粉末、Ni-Cr-B-Si合金粉末、Ni-Cr-B-Si-Mo、Ni-Cr-B-Si-Mo-Cu、高鉬鎳基自熔性合金粉末、高鉻鉬鎳基自熔性合金粉末、Ni-Cr-W-C基自熔性合金粉末、高銅自熔性合金粉末、碳化鎢彌散型鎳基自熔性合金粉末等。

自熔性粉末中各種元素在合金中的作用：

●硼、硅元素的作用：顯著降低合金熔點，擴大固液相線溫度區(qū)，形成低熔共晶體；脫氧還原作用和造渣功能；對涂層的硬 化、強化作用；改善操作工藝性能

●銅元素的作用：提高對非氧化性酸的耐蝕性

●鉻元素的作用：固溶強化作用、鈍化作用；提高耐蝕性能和抗高溫氧化性能；富余的鉻容易與碳、硼形成碳化鉻、硼化鉻硬質相從而提高合金硬度和耐磨性

●鉬元素的作用：原子半徑大，固溶后使晶格發(fā)生大的畸變，顯著強化合金基體，提高基體的高溫強度和紅硬性；可以切斷、降低涂層中的網狀組織；提高抗氣蝕、沖蝕能力。

自熔性合金粉末是以鎳、鈷、鐵為基材的合金，其中加入適量硼和硅元素，起脫氧造渣焊接熔劑的作用，同時能降低合金熔點，適于乙炔一氧焰對涂層進行重熔。

國產自熔性合金粉末品種較多，鎳基合金粉末有較強的耐蝕性，抗氧化性可達650°C，耐磨性強；鈷基合金粉末最大的特點是紅硬性好，可在700℃保持較好的耐磨性和耐蝕性；鐵基合金粉末耐磨粒磨損性優(yōu)于其他兩類 。

該粉末是系自熔性合金粉末中應用最廣泛的一種。具有優(yōu)良的綜合性能，耐腐蝕，抗氧化性，耐熱，耐低應力磨粒磨損及良好的沖擊韌性。熔點低，固液相溫度區(qū)間寬，對多種基體和WC顆粒等有強的潤濕能力，操作簡便。

自熔性、潤濕性和噴焊性優(yōu)良，噴焊層具有硬度高、耐蝕、耐磨、耐熱特點，難以切削，以濕式磨削為宜。