本發(fā)明公開了一種金剛石制品用預(yù)合金粉末的制備方法，屬于預(yù)合金粉末技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
金剛石是目前所發(fā)現(xiàn)的自然界中硬度最高的物質(zhì)，屬于極性材料，因而金剛石被廣泛用于地質(zhì)鉆探以及硬脆材料的切割、磨削及鉆孔等加工，如珠寶、石材、陶瓷、硬質(zhì)合金、半導(dǎo)體晶體、磁性材料等。由于金剛石都是細(xì)小顆粒狀，一般需要使用胎體材料將其制成一定形狀且具有一定機(jī)械力學(xué)性能的制品后才能得以使用。常見的胎體材料有金屬、樹脂和陶瓷三種，其中金屬胎體以良好的機(jī)械性能而得到最廣泛的應(yīng)用。金屬胎體包含粘結(jié)劑、添加劑及微量活性元素，其中粘結(jié)劑主要是指Cu，Sn，Zn等熔點低、硬度低的金屬。這些金屬在燒結(jié)過程中焦躁熔融，成為液相，使結(jié)合劑具有液相燒結(jié)的特征，在較低的溫度下發(fā)生位移、擴(kuò)散、致密化、合金化等一系列燒結(jié)過程中的物理化學(xué)變化，從而得到希望的燒結(jié)體。因此，粘結(jié)金屬起著必不可少的主要作用。添加劑通常是指胎體中硬度高、熔點高的添加成分。它可以提高胎體的強(qiáng)度、硬度、耐磨性以及調(diào)節(jié)胎體的韌性。微量活性元素主要是改善金剛石與胎體界面結(jié)合狀態(tài)，進(jìn)而提高兩者的界面結(jié)合強(qiáng)度。金剛石進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用后，人們對金屬胎體缺乏系統(tǒng)研究，沒有建立詳細(xì)確定的胎體配方甚至胎體體系，因此，在相當(dāng)長的時間內(nèi)都采用元素粉末機(jī)械混合法制備胎體料，直到現(xiàn)在該方法仍在大量使用。不同元素粉的常用生產(chǎn)方法也不同，鈷粉、鐵粉、鎢粉采用還原粉，銅粉、鎳粉、錳粉一般是電解粉，錫粉常用霧化粉。到上世紀(jì)九十年代，一些研究者提出采用預(yù)合金方法制備胎體材料。預(yù)合金粉末具有：易于調(diào)節(jié)胎體性能，能降低燒結(jié)溫度，提高致密性和均勻化，改善金剛石制品胎體的磨損狀態(tài)，提高胎體對金剛石的包鑲能力，并且抗沖擊性能好，能夠防止低熔點金屬的燒損或偏析，粉末不易氧化，適于大批量自動化生產(chǎn)，簡化制造工藝，能取得較好的經(jīng)濟(jì)效益等優(yōu)異特性，因此，預(yù)合金粉末很快就在金屬胎體中得到推廣應(yīng)用。但是傳統(tǒng)的預(yù)合金粉末存在高純金屬原料價格昂貴，使用過程還需冶煉，且金屬元素間的混合度不均勻的缺點。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題：針對傳統(tǒng)預(yù)合金粉末在制備過程中出現(xiàn)的合金混合粉末不均勻，需要高溫熔煉和長時間的均勻化處理的問題，提供了一種金剛石制品用預(yù)合金粉末的制備方法，本發(fā)明首先以金屬鹽為原料，按比例配置成鹽溶液，使用檸檬酸與溶液中金屬離子絡(luò)合，使金屬離子緩慢釋放，以聚苯乙烯丙烯酸為模板，利用聚苯乙烯丙烯酸表面的羧基與金屬鹽溶液水解產(chǎn)物金屬氫氧化物膠體顆粒的靜電和化學(xué)吸附作用，將水解產(chǎn)生的金屬氫氧化物膠體顆粒均勻吸附在聚苯乙烯丙烯酸粒子表面，形成溶膠，在加熱升溫條件下，金屬氫氧化物膠體顆粒脫水，生成金屬氧化物晶核，長大后的金屬氧化物晶體均勻包裹于聚苯乙烯丙烯酸模板表面，再將其煅燒除去聚苯乙烯丙烯酸內(nèi)核，得到混合均勻的金屬氧化物，再經(jīng)氫氣還原得到金剛石制品用預(yù)合金粉末，本發(fā)明無需昂貴的高純金屬作原料，采用價格低廉的無機(jī)鹽作原料，無須高純金屬的冶煉過程，且各金屬元素間的混合度均勻，彌補了傳統(tǒng)預(yù)合金粉末造價高、混合不均勻的缺陷，抗彎強(qiáng)度和抗磨損強(qiáng)度較高，可大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
（1）依次稱取280～300g四水合氯化亞鐵，50～60g二水合氯化銅，16～20g六水合氯化鈷，倒入盛有2～3L去離子水的燒杯中，用玻璃棒攪拌混合直至完全溶解，得混合溶液，備用；
（2）依次稱取15～20g聚苯乙烯丙烯酸和12～16g檸檬酸，加入盛有400～500mL去離子水的三口燒瓶中，再將三口燒瓶移入數(shù)顯測速恒溫磁力攪拌器中，于溫度為75～85℃，轉(zhuǎn)速為300～500r/min條件下，恒溫攪拌0.5～1.5h，再以5～10mL/min的速率向密閉容器中通入氮氣，直至置換出所有空氣為止，得聚合物水乳液；
（3）量取200～300mL步驟（1）備用混合溶液，在恒溫攪拌狀態(tài)下，通過滴液漏斗以2～4mL/min速率滴加至上述所得聚合物水乳液中，待滴加完畢，繼續(xù)恒溫攪拌反應(yīng)2～4h，待自然冷卻至室溫后，抽濾，去除濾液，用去離子水洗滌濾餅直至洗滌液呈中性，再用無水乙醇洗滌3～5次，得濾餅濕料；
（4）將上述所得濾餅濕料轉(zhuǎn)入真空干燥箱中，于溫度為70～75℃條件下，干燥8～10h，得混合粉末，再將所得混合粉末轉(zhuǎn)入馬弗爐，以6～8℃/min速率逐步加熱升溫至450～500℃，保溫煅燒60～90min，再以3～5mL/min速率向爐內(nèi)通入氫氣，于溫度為520～550℃條件下，保溫反應(yīng)1～2h，隨后在氫氣保護(hù)狀態(tài)下，隨爐冷卻至室溫，即得金剛石制品用預(yù)合金粉末。
本發(fā)明的應(yīng)用方法是：按照重量份數(shù)計，取50～80份本發(fā)明制得的金剛石制品用預(yù)合金粉末，10～20份石蠟，30～40份汽油置于混料機(jī)中混合1～2h，得混合物，再將其倒入盛有4～6份本發(fā)明所得預(yù)合金粉末的模具內(nèi)，隨后在230～270MPa壓力下進(jìn)行冷壓，再轉(zhuǎn)入真空熱壓燒結(jié)爐內(nèi)加熱至550～650℃，熱壓壓力為20～25MPa，保溫15～25min，冷卻至室溫后，將鋸片平片、開刃、拋光、噴漆即可，鋸片硬度為106～110HRB，抗彎強(qiáng)度為710～870N/mm2，沖擊強(qiáng)度為7.8～8.2J/cm2，實際鋸切速度為0.75～0.80m/min。
本發(fā)明的有益效果是：
（1）本發(fā)明成本低廉，工藝簡單，操作容易，反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)周期較短，能夠大幅度降低能耗和污染；
（2）本發(fā)明所得預(yù)合金粉中，各金屬元素間的混合度均勻、成型性好，制備得到的金剛石鋸片性能大大提高，適合大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。
具體實施方式
首先依次稱取280～300g四水合氯化亞鐵，50～60g二水合氯化銅，16～20g六水合氯化鈷，倒入盛有2～3L去離子水的燒杯中，用玻璃棒攪拌混合直至完全溶解，得混合溶液，備用；依次稱取15～20g聚苯乙烯丙烯酸和12～16g檸檬酸，加入盛有400～500mL去離子水的三口燒瓶中，再將三口燒瓶移入數(shù)顯測速恒溫磁力攪拌器中，于溫度為75～85℃，轉(zhuǎn)速為300～500r/min條件下，恒溫攪拌0.5～1.5h，再以5～10mL/min的速率向密閉容器中通入氮氣，直至置換出所有空氣為止，得聚合物水乳液；量取200～300mL備用混合溶液，在恒溫攪拌狀態(tài)下，通過滴液漏斗以2～4mL/min速率滴加至上述所得聚合物水乳液中，待滴加完畢，繼續(xù)恒溫攪拌反應(yīng)2～4h，待自然冷卻至室溫后，抽濾，去除濾液，用去離子水洗滌濾餅直至洗滌液呈中性，再用無水乙醇洗滌3～5次，得濾餅濕料；將上述所得濾餅濕料轉(zhuǎn)入真空干燥箱中，于溫度為70～75℃條件下，干燥8～10h，得混合粉末，再將所得混合粉末轉(zhuǎn)入馬弗爐，以6～8℃/min速率逐步加熱升溫至450～500℃，保溫煅燒60～90min，再以3～5mL/min速率向爐內(nèi)通入氫氣，于溫度為520～550℃條件下，保溫反應(yīng)1～2h，隨后在氫氣保護(hù)狀態(tài)下，隨爐冷卻至室溫，即得金剛石制品用預(yù)合金粉末。
實例1
首先依次稱取280g四水合氯化亞鐵，50g二水合氯化銅，16g六水合氯化鈷，倒入盛有2L去離子水的燒杯中，用玻璃棒攪拌混合直至完全溶解，得混合溶液，備用；依次稱取15g聚苯乙烯丙烯酸和12g檸檬酸，加入盛有400mL去離子水的三口燒瓶中，再將三口燒瓶移入數(shù)顯測速恒溫磁力攪拌器中，于溫度為75℃，轉(zhuǎn)速為300r/min條件下，恒溫攪拌0.5h，再以5mL/min的速率向密閉容器中通入氮氣，直至置換出所有空氣為止，得聚合物水乳液；量取200mL備用混合溶液，在恒溫攪拌狀態(tài)下，通過滴液漏斗以2mL/min速率滴加至上述所得聚合物水乳液中，待滴加完畢，繼續(xù)恒溫攪拌反應(yīng)2h，待自然冷卻至室溫后，抽濾，去除濾液，用去離子水洗滌濾餅直至洗滌液呈中性，再用無水乙醇洗滌3次，得濾餅濕料；將上述所得濾餅濕料轉(zhuǎn)入真空干燥箱中，于溫度為70℃條件下，干燥8h，得混合粉末，再將所得混合粉末轉(zhuǎn)入馬弗爐，以6℃/min速率逐步加熱升溫至450℃，保溫煅燒60min，再以3mL/min速率向爐內(nèi)通入氫氣，于溫度為520℃條件下，保溫反應(yīng)1h，隨后在氫氣保護(hù)狀態(tài)下，隨爐冷卻至室溫，即得金剛石制品用預(yù)合金粉末。
按照重量份數(shù)計，取50份本發(fā)明制得的金剛石制品用預(yù)合金粉末，10份石蠟，30份汽油置于混料機(jī)中混合1h，得混合物，再將其倒入盛有4份本發(fā)明所得預(yù)合金粉末放入模具內(nèi)，隨后在230MPa壓力下進(jìn)行冷壓，再轉(zhuǎn)入真空熱壓燒結(jié)爐內(nèi)加熱至550℃，熱壓壓力為20MPa，保溫15min，冷卻至室溫后，將鋸片平片、開刃、拋光、噴漆即可，鋸片硬度為106HRB，抗彎強(qiáng)度為710N/mm2，沖擊強(qiáng)度為7.8J/cm2，實際鋸切速度為0.75m/min。
實例2
首先依次稱取290g四水合氯化亞鐵，55g二水合氯化銅，18g六水合氯化鈷，倒入盛有2.5L去離子水的燒杯中，用玻璃棒攪拌混合直至完全溶解，得混合溶液，備用；依次稱取17g聚苯乙烯丙烯酸和14g檸檬酸，加入盛有450mL去離子水的三口燒瓶中，再將三口燒瓶移入數(shù)顯測速恒溫磁力攪拌器中，于溫度為80℃，轉(zhuǎn)速為400r/min條件下，恒溫攪拌1.0h，再以7mL/min的速率向密閉容器中通入氮氣，直至置換出所有空氣為止，得聚合物水乳液；量取250mL備用混合溶液，在恒溫攪拌狀態(tài)下，通過滴液漏斗以3mL/min速率滴加至上述所得聚合物水乳液中，待滴加完畢，繼續(xù)恒溫攪拌反應(yīng)3h，待自然冷卻至室溫后，抽濾，去除濾液，用去離子水洗滌濾餅直至洗滌液呈中性，再用無水乙醇洗滌4次，得濾餅濕料；將上述所得濾餅濕料轉(zhuǎn)入真空干燥箱中，于溫度為73℃條件下，干燥9h，得混合粉末，再將所得混合粉末轉(zhuǎn)入馬弗爐，以7℃/min速率逐步加熱升溫至470℃，保溫煅燒75min，再以4mL/min速率向爐內(nèi)通入氫氣，于溫度為535℃條件下，保溫反應(yīng)1.5h，隨后在氫氣保護(hù)狀態(tài)下，隨爐冷卻至室溫，即得金剛石制品用預(yù)合金粉末。
按照重量份數(shù)計，取60份本發(fā)明制得的金剛石制品用預(yù)合金粉末，15份石蠟，35份汽油置于混料機(jī)中混合1.5h，得混合物，再將其倒入盛有5份本發(fā)明所得預(yù)合金粉末放入模具內(nèi)，隨后在250MPa壓力下進(jìn)行冷壓，再轉(zhuǎn)入真空熱壓燒結(jié)爐內(nèi)加熱至600℃，熱壓壓力為22MPa，保溫20min，冷卻至室溫后，將鋸片平片、開刃、拋光、噴漆即可，鋸片硬度為108HRB，抗彎強(qiáng)度為800N/mm2，沖擊強(qiáng)度為8J/cm2，實際鋸切速度為0.78m/min。
實例3
首先依次稱取300g四水合氯化亞鐵，60g二水合氯化銅，20g六水合氯化鈷，倒入盛有3L去離子水的燒杯中，用玻璃棒攪拌混合直至完全溶解，得混合溶液，備用；依次稱取20g聚苯乙烯丙烯酸和16g檸檬酸，加入盛有500mL去離子水的三口燒瓶中，再將三口燒瓶移入數(shù)顯測速恒溫磁力攪拌器中，于溫度為85℃，轉(zhuǎn)速為500r/min條件下，恒溫攪拌1.5h，再以10mL/min的速率向密閉容器中通入氮氣，直至置換出所有空氣為止，得聚合物水乳液；量取300mL備用混合溶液，在恒溫攪拌狀態(tài)下，通過滴液漏斗以4mL/min速率滴加至上述所得聚合物水乳液中，待滴加完畢，繼續(xù)恒溫攪拌反應(yīng)4h，待自然冷卻至室溫后，抽濾，去除濾液，用去離子水洗滌濾餅直至洗滌液呈中性，再用無水乙醇洗滌5次，得濾餅濕料；將上述所得濾餅濕料轉(zhuǎn)入真空干燥箱中，于溫度為75℃條件下，干燥10h，得混合粉末，再將所得混合粉末轉(zhuǎn)入馬弗爐，以8℃/min速率逐步加熱升溫至500℃，保溫煅燒90min，再以5mL/min速率向爐內(nèi)通入氫氣，于溫度為550℃條件下，保溫反應(yīng)2h，隨后在氫氣保護(hù)狀態(tài)下，隨爐冷卻至室溫，即得金剛石制品用預(yù)合金粉末。
按照重量份數(shù)計，取80份本發(fā)明制得的金剛石制品用預(yù)合金粉末，20份石蠟，40份汽油置于混料機(jī)中混合2h，得混合物，再將其倒入盛有6份本發(fā)明所得預(yù)合金粉末放入模具內(nèi)，隨后在270MPa壓力下進(jìn)行冷壓，再轉(zhuǎn)入真空熱壓燒結(jié)爐內(nèi)加熱至650℃，熱壓壓力為25MPa，保溫25min，冷卻至室溫后，將鋸片平片、開刃、拋光、噴漆即可，鋸片硬度為110HRB，抗彎強(qiáng)度為870N/mm2，沖擊強(qiáng)度為8.2J/cm2，實際鋸切速度為0.80m/min。