專利名稱：一種鎳鋁金屬間化合物/金剛石復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金剛石復(fù)合材料，尤其涉及一種以Ni_Al為金剛石工具胎體的主要材料，金剛石為耐磨相的復(fù)合材料及其制備方法，屬材料學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
金剛石具有高硬度和高耐磨性，因此常被用來(lái)作為復(fù)合材料中的耐磨相。然而，金剛石及其復(fù)合材料有兩個(gè)缺點(diǎn)，一是目前使用的金屬胎體金剛石工具中多數(shù)以鈷為主要成分，但是由于鈷的價(jià)格高，并且是重要的戰(zhàn)略物資，所以發(fā)展取代鈷的新材料就極其重要。二是金剛石的熱穩(wěn)定性較差，在高溫下金剛石會(huì)由于氧化或石墨化而喪失其硬度和耐磨性。雖然N1-Al金屬間化合物既具有金屬鍵又具有共價(jià)鍵，其性能介于金屬和陶瓷之間，具有耐高溫、抗氧化、耐磨損等優(yōu)良性能，而且具有強(qiáng)度隨著溫度上升而提高的熱硬化特性，完全滿足含金剛石復(fù)合材料對(duì)胎體材料的性能要求。但是由于金屬間化合物的燒結(jié)制備溫度較高(> 1350°C)，而天然金剛石在空氣中加熱至850 1000°C時(shí)可燃燒。因此當(dāng)金屬間化合物與金剛石進(jìn)行燒結(jié)復(fù)合時(shí)，既要保持金屬間化合物的優(yōu)良性能，又要保持金剛石固有的極高硬度不受或少受損傷，是要研究解決的技術(shù)難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，以鎳鋁取代鈷作為金剛石工具胎體的主要材料，提供一種高耐磨性的鎳鋁金屬間化合物/金剛石復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明之鎳鋁金屬間化合物/金剛石復(fù)合材料是由硼粉，663青銅，WC粉末，鎳鋁金屬間化合物和40-60目的金剛石顆粒組成，各組分的質(zhì)量百分比被％為:硼粉0.1%，663青銅3-4%，WC粉末0-38%，鎳鋁金屬間化合物50-77%，金剛石顆粒8%_19%。其中，所述的N1-Al金屬間化合物中各組分原子百分比是鎳87%，鋁13%。本發(fā)明之鎳鋁金屬間化合物/金剛石復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟:(I)、將鎳粉和鋁粉按原子百分比鎳87%、鋁13%配料，用三維混料機(jī)混合48小時(shí)，進(jìn)行機(jī)械合金化，形成主晶相為Ni3Al的均勻混合粉即鎳鋁金屬間化合物；(2)、按照比例稱取50-77%的主晶相為Ni3Al的均勻混合粉即鎳鋁金屬間化合物，0.1%的硼粉，3-4%的663青銅粉，0-38%的WC粉末，8%-19%的金剛石顆粒；先將主晶相為Ni3Al的均勻混合粉、硼粉，663青銅粉和WC粉末用三維混料機(jī)混合48小時(shí)，混料后的粉料通過(guò)300目篩，制得混合粉體；然后再將得到的混合粉體與金剛石顆粒進(jìn)行混料2小時(shí)，得到最終需要的混合粉末。(3)、采用先冷壓成型，再熱壓燒結(jié)的方法；將步驟(2)制得的混合粉末材料裝入石墨模具中，使用7.2噸的成型壓力將混合粉末材料冷壓壓結(jié)成型，成型前先以模壁潤(rùn)滑的方式在模壁均勻涂上一薄層潤(rùn)滑劑即硬脂酸鋅，以利脫模。(4)、將冷壓后的試片放入石墨模中，先在石墨坯周圍填入2mm厚的氧化鋁粉，當(dāng)作隔熱材料及壓力傳遞介質(zhì)以 實(shí)現(xiàn)均勻加壓的情形；熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為960-980°C，壓力為85-90Mpa ;燒結(jié)時(shí)間20分鐘，保溫保壓5分鐘，然后自然冷卻。本發(fā)明的有益效果:利用本發(fā)明之鎳鋁金屬間化合物/金剛石復(fù)合材料，可以用價(jià)格較低的Ni3Al取代價(jià)格昂貴的戰(zhàn)略物資鈷Co作為胎體材料，為金剛石工具行業(yè)提供一種新型的高耐磨性復(fù)合材料。加入氧化鋁作為保溫層。利用了反應(yīng)合成Ni3Al時(shí)的放熱效應(yīng)，金屬間化合物-金剛石復(fù)合材料的燒結(jié)制備溫度為980°C，從一定程度上解決了金剛石的熱穩(wěn)定性較差的問(wèn)題，因此當(dāng)金屬間化合物與金剛石進(jìn)行燒結(jié)復(fù)合時(shí)，即保持了金屬間化合物的優(yōu)良性能，又保持了金剛石固有的極高硬度不受或少受損傷。Ni3Al-金剛石復(fù)合材料的耐磨性、硬度和抗彎強(qiáng)度達(dá)到了金剛石復(fù)合片的強(qiáng)度要求。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:首先將鎳粉16.112g、鋁粉2.326g,放在PE瓶中，用三維混料機(jī)混合48小時(shí)，然后在PE瓶中加入硼粉0.180g, 663青銅粉0.228g用三維混料機(jī)混合48小時(shí)，混料后的粉料通過(guò)300目篩，制得混合粉體；然后再加入金剛石顆粒4.312g，使用7.2噸的成型壓力將混合粉末冷壓壓結(jié)成型。將冷壓后的試片放入石墨模中，在石墨坯周圍填入約2_厚的氧化鋁粉，在燒結(jié)溫度為980°C，壓力為85MPa下熱壓燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間20分鐘，保溫保壓5分鐘，然后自然冷卻。在和碳化硅砂輪對(duì)磨的條件下，所制得復(fù)合材料的磨耗比為492，抗彎強(qiáng)度為 35IMPa。實(shí)施例2:首先將鎳粉16.112g、鋁粉2.326g,放在PE瓶中，用三維混料機(jī)混合48小時(shí)，然后在PE瓶中加入硼粉 0.180g, 663青銅粉0.228g, WC粉5.235g,用三維混料機(jī)混合48小時(shí)。混料后的粉料通過(guò)300目篩，制得混合粉體；然后再加入金剛石顆粒2.094g，使用7.2噸的成型壓力將混合粉末冷壓壓結(jié)成型。將冷壓后的試片放入石墨模中，在石墨坯周圍填入約2mm厚的氧化鋁粉，在燒結(jié)溫度為960°C，壓力為90MPa下熱壓燒結(jié)；燒結(jié)時(shí)間20分鐘，保溫保壓5分鐘，然后自然冷卻。在和碳化硅砂輪對(duì)磨的條件下，所制得復(fù)合材料的磨耗比為285，抗彎強(qiáng)度為367MPa。
權(quán)利要求
1.一種鎳鋁金屬間化合物/金剛石復(fù)合材料，其特征在于:是由硼粉，663青銅，WC粉末，鎳鋁金屬間化合物和40-60目的金剛石顆粒組成，各組分的質(zhì)量百分比被％為:硼粉0.1%，663青銅3-4%，WC粉末0-38%，鎳鋁金屬間化合物50_77%，金剛石顆粒8%_19%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種鎳鋁金屬間化合物/金剛石復(fù)合材料，其特征在于:所述的N1-Al金屬間化合物中各組分原子百分比是鎳87%，鋁13%。
3.—種權(quán)利要求1所述鎳鋁金屬間化合物/金剛石復(fù)合材料的制備方法，該方法包括以下步驟: (1)、將鎳粉和鋁粉按原子百分比鎳87%、鋁13%配料，用三維混料機(jī)混合48小時(shí)，進(jìn)行機(jī)械合金化，形成主晶相為Ni3Al的均勻混合粉即鎳鋁金屬間化合物； (2)、按照比例稱取50-77%的主晶相為Ni3Al的均勻混合粉即鎳鋁金屬間化合物，0.1%的硼粉，3-4%的663青銅粉，0-38%的WC粉末，8%_19%的金剛石顆粒；先將主晶相為Ni3Al的均勻混合粉、硼粉，663青銅粉和WC粉末用三維混料機(jī)混合48小時(shí)，混料后的粉料通過(guò)300目篩，制得混合粉體；然后再將得到的混合粉體與金剛石顆粒進(jìn)行混料2小時(shí)，得到最終需要的混合粉末。
(3)、采用先冷壓成型，再熱壓燒結(jié)的方法；將步驟(2)制得的混合粉末材料裝入石墨模具中，使用7.2噸的成型壓力將混合粉末材料冷壓壓結(jié)成型，成型前先以模壁潤(rùn)滑的方式在模壁均勻涂上一薄層潤(rùn)滑劑即硬脂酸鋅，以利脫模； (4)、將冷壓后的試片放入石墨模中，先在石墨坯周圍填入2mm厚的氧化鋁粉，當(dāng)作隔熱材料及壓力傳遞介質(zhì)以實(shí)現(xiàn)均勻加壓的情形；熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為960-980°C，壓力為85-90Mpa ;燒結(jié)時(shí)間 2 0分鐘，保溫保壓5分鐘，然后自然冷卻。
全文摘要
本發(fā)明了一種高耐磨性的鎳鋁金屬間化合物/金剛石復(fù)合材料及其制備方法；該復(fù)合材料各組成部分的質(zhì)量百分比(wt%)為硼粉0.1%，銅3-4%，WC粉末0-38%，鎳鋁金屬間化合物50-77%, 金剛石顆粒8%-19%；制備方法首先將鎳粉和鋁粉混合球磨，形成主晶相為Ni3Al的混合物，再加入硼粉，663青銅粉和WC粉末混合球磨，過(guò)300目篩，制得混合粉體；然后再加入金剛石顆?；旌锨蚰?，得到最終需要的混合粉末；把混合粉末材料裝入石墨模具中冷壓成形；將冷壓后的試片放入石墨模中，熱壓燒結(jié)；本發(fā)明之復(fù)合材料耐磨性、硬度和抗彎強(qiáng)度達(dá)到了金剛石復(fù)合片的強(qiáng)度要求；可以用價(jià)格較低的Ni3Al取代價(jià)格昂貴的戰(zhàn)略物資鈷作為胎體材料，為金剛石工具行業(yè)提供一種新型的高耐磨性復(fù)合材料。
文檔編號(hào)C22C26/00GK103160722SQ201310073290
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月8日
發(fā)明者劉寶昌, 孫友宏, 嚴(yán)軒辰, 馬銀龍, 高科 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)