[科普中國]-合金粉末

由兩種或兩種以上組元經(jīng)部分或完全合金化而形成的金屬粉末。合金粉末按成分分類主要有鐵合金粉、銅合金粉、鎳合金粉、鈷合金粉、鋁合金粉、鈦合金粉和貴重金屬合金粉等。

鐵合金粉末鐵、鈷、鎳統(tǒng)稱為鐵族元素，鐵與鈷的電子層數(shù)目和最外層電子數(shù)均相同，化學性質(zhì)和物理性能相近，熔點和燒結(jié)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?shù)蔫F基結(jié)合劑存在以下幾方面的問題：(1)燒結(jié)溫度高，可控工藝范圍窄；(2)鐵在熱壓燒結(jié)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。1

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

(1)鑄鐵結(jié)合劑。鑄鐵結(jié)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(jié)處理后使石墨球狀化，而提高了結(jié)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(jié)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(jié)后的脆性，提高鑄鐵粉的燒結(jié)性和對金剛石的黏結(jié)力。鑄鐵結(jié)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(jié)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(jié)活性，熱壓燒結(jié)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(jié)相，讓其在燒結(jié)過程中較早熔融，成為液相，使結(jié)合劑具有液相燒結(jié)的特征，得到理想的致密燒結(jié)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(jié)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(jié)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(jié)合劑對金剛石的把持力；加入適當?shù)奶蓟镄纬稍?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(jié)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(zhì)形式存在，不能充分發(fā)揮作用，鐵基結(jié)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(jié)溫度；添加Fe-Cr、Fe-Mn 合金粉末較直接添加Cr或Mn效果顯著。1

硬質(zhì)合金粉末硬質(zhì)合金由硬質(zhì)基體和黏結(jié)金屬兩部分組成。硬質(zhì)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(jié)構(gòu)部件。硬質(zhì)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(jié)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。2

新型合金粉末的應用采用新型粉末冶金原材料，可以簡化生產(chǎn)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(jié)構(gòu)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(chǎn)成本降低30%。

StarmixBoost無鋅粘結(jié)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(chǎn)，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(chǎn)品尺寸精度和穩(wěn)定性非常好，使產(chǎn)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(chǎn)效率可提高10%~30%，減少機加工、質(zhì)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(jié)硬化粉可在燒結(jié)狀態(tài)下獲得熱處理態(tài)性能，從而減少熱處理成本。3

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

黎明 - 副教授 - 西南大學