金剛石工具用FeCoCu預(yù)合金粉組成對燒結(jié)特性的影響

謝德龍，萬　隆，宋冬冬，王　帥，林　峰，呂　智，方嘯虎，潘曉毅，秦海青，陳　超，肖樂銀（.湖南大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，長沙 4008；.中國有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院 廣西超硬材料重點實驗室，國家特種礦物材料工程技術(shù)研究中心，桂林 54004）

金剛石工具用FeCoCu預(yù)合金粉組成對燒結(jié)特性的影響

謝德龍1，萬隆1，宋冬冬1，王帥2，林峰2，呂智2，方嘯虎2，潘曉毅2，秦海青2，陳超2，肖樂銀2
（1.湖南大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，長沙 410082；2.中國有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院 廣西超硬材料重點實驗室，國家特種礦物材料工程技術(shù)研究中心，桂林 541004）

通過共沉淀法制備不同F(xiàn)e-Cu配比的FeCoCu預(yù)合金粉，并對其微觀結(jié)構(gòu)進行表征與分析。同時，對3種粉體進行不同溫度下的燒結(jié)實驗和對燒結(jié)試樣塊進行力學(xué)性能及磨損質(zhì)量損失進行測試，并對預(yù)合金粉與金剛石的界面結(jié)合情況進行探討。結(jié)果表明：預(yù)合金粉中形成了Co3Fe7、CoFe15.7、FeCu4等中間相，在一定程度上實現(xiàn)合金化。3種預(yù)合金粉末的形狀均為不規(guī)則狀，粉末顆粒較細，且相互連接，表面疏松，有利于燒結(jié)。3種預(yù)合金粉中單質(zhì)相仍占有較大比例，單質(zhì)配比對燒結(jié)體性能有重要影響。Fe含量增加時，試樣的理想燒結(jié)溫度及燒結(jié)體力學(xué)性能均升高。Fe-Cu配比會對微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重要影響，胎體對金剛石以機械包鑲為主，結(jié)合XRD及Raman光譜可知，與預(yù)合金粉燒結(jié)后的金剛石表面發(fā)生石墨化。

FeCoCu預(yù)合金粉；Fe-Cu配比；微觀結(jié)構(gòu)；燒結(jié)胎體；力學(xué)性能

目前，在大部分金剛石工具如鋸片、鉆頭、繩鋸等的生產(chǎn)過程中，均使用了相當(dāng)比例的預(yù)合金粉［1］。預(yù)合金粉的最大優(yōu)點在于每個粉末顆粒都包含了各種組元，均勻性相當(dāng)好，因此在使用預(yù)合金粉時，將從根本上避免成分偏析，將顯著提高金剛石工具胎體的多種優(yōu)異性能。HAN等［2］指出由于預(yù)合金化降低了燒結(jié)過程中金屬原子擴散所需的激活能，將有效降低燒結(jié)溫度和縮短燒結(jié)時間，從而降低了金剛石工具的生產(chǎn)成本。

鈷基預(yù)合金粉的研究應(yīng)用最為廣泛［3-4］，Co不僅抗彎強度高，而且對碳材料和碳化物的潤濕性、粘結(jié)性都最好［5-6］，但由于Co價格昂貴，屬于國家戰(zhàn)略性物質(zhì)，不適合在金剛石工具中大量使用。鐵與鈷同處一族，在很多性能上與鈷接近，但鐵價格低廉，不足鈷的1/50，資源上的優(yōu)勢及顯著的經(jīng)濟效益使鐵取代鈷成為金剛石工具行業(yè)上的一個熱點［7-8］。Cu具有良好的成型性和壓制性，且其相對熔點較低，易于和其他元素形成合金［9］。FeCoCu預(yù)合金粉的研究一直是個熱點。

在現(xiàn)有的FeCoCu預(yù)合金粉體系中，鈷的含量相對較高，普遍在20%以上，不僅占用了大量鈷資源，而且提高了金剛石工具的生產(chǎn)成本，因此，開發(fā)出低鈷甚至無鈷預(yù)合金粉具有重要意義。另外，在共沉淀過程中，F(xiàn)e、Co、Cu三元素間會形成固溶體及中間相化合物，F(xiàn)e-Cu不同配比會對預(yù)合金粉的微觀結(jié)構(gòu)及其燒結(jié)產(chǎn)生作用［10］，但關(guān)于Fe-Cu配比對FeCoCu預(yù)合金粉的結(jié)構(gòu)及燒結(jié)性能的影響鮮見報道。本文作者通過共沉淀法制備出3種低鈷含量的FeCoCu預(yù)合金粉，并進行了各自的燒結(jié)實驗，對Fe-Cu配比對預(yù)合金粉的結(jié)構(gòu)、燒結(jié)、磨損質(zhì)量損失及金剛石把持力進行了分析。并通過XRD、Raman光譜對預(yù)合金粉與金剛石的界面結(jié)構(gòu)進行了探討，為低鈷含量的預(yù)合金粉在金剛石工具中的應(yīng)用及提供理論依據(jù)和實驗基礎(chǔ)。

1　實驗

1.1FeCoCu預(yù)合金粉的制備

實驗采用常規(guī)共沉淀法制備預(yù)合金粉。按表1中的各元素質(zhì)量配比稱取相應(yīng)的氯化物原材料，分別溶于去離子水中，形成FeCl2·4H2O、CoCl2·6H2O和CuCl2·2H2O等水化合物，混合配制成濃度為1.0 mol/L的水溶液，另外配制濃度為1.0 mol/L的草酸溶液。將金屬鹽溶液和草酸溶液通過加液釜以相同速率分別加入到反應(yīng)釜中進行共沉淀反應(yīng)，反應(yīng)溫度為50℃，充分?jǐn)嚢韬蠹尤氚彼芤赫{(diào)整反應(yīng)溶液的pH值，使其保持在2左右，反應(yīng)20 min后再靜置沉淀2 h，獲得FeCoCu復(fù)合草酸鹽沉淀物。沉淀物經(jīng)過過濾、清洗、鍛燒和還原，得到所需要的預(yù)合金粉。

表1　預(yù)合金粉中各元素名義成分Table 1　Nominal mass fraction of per-alloyed powers

1.2預(yù)合金粉的熱壓燒結(jié)

根據(jù)每種預(yù)合金粉的理論密度和石墨模具的體積，計算出理論投料量，經(jīng)裝料、冷壓成型后，將試樣置于國產(chǎn)真空熱壓燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，真空度為0.1 Pa，壓力為25 MPa，燒結(jié)溫度分別為700、750、800、850、900℃，燒結(jié)保溫保壓時間為6 min，燒結(jié)試樣的尺寸規(guī)格為30 mm×12 mm×6 mm。

1.3力學(xué)性能測試及結(jié)構(gòu)表征

采用TH300型洛氏硬度計和CMT4304型液壓萬能材料試驗機分別測試胎體試樣的硬度和三點抗彎強度；用日本D/max-rA10型X射線衍射儀對預(yù)合金粉末進行物相分析，確定粉末的相結(jié)構(gòu)及組成；用日本JSM-6700F型掃描電鏡觀察預(yù)合金粉及燒結(jié)試樣斷口的形貌；用德國STA-449C型熱分析儀對預(yù)合金粉進行差熱分析檢測（條件：采用空氣氣氛，升溫速率10℃/min；升溫至1200℃結(jié)束）；分別測定空白胎體與含30%（體積分?jǐn)?shù)）金剛石顆粒的胎體試樣的三點抗彎強度，從而間接計算金剛石結(jié)合劑對金剛石的包鑲強度，用強度損失率σ來表示，其計算公式如下：

式中：所用金剛石的粒度為0.39 μm，σB為不含金剛石的胎體的三點抗彎強度；σD為含30%（體積分?jǐn)?shù)）金剛石的胎體的三點抗彎強度。

采用排水法測量胎體試樣的密度，并通過排水法測定的密度與理論密度的比值求得相對致密度，它是試樣燒結(jié)致密程度的重要指標(biāo)。

采用DHM-1型砂輪磨耗試驗機測試胎體的磨損質(zhì)量損失。磨損質(zhì)量損失是指在相同的測試條件下，與相同的SiC砂輪對磨，然后測定被磨試樣的質(zhì)量損失。在統(tǒng)一的測試條件下，在相同的時間內(nèi)，與相同的砂輪對磨的胎體磨損量越少，則胎體的耐磨性則越好；反之，則胎體的耐磨性越差。本實驗選用30 mm×12 mm×6 mm不含金剛石的空白燒結(jié)胎體試樣與標(biāo)準(zhǔn)SiC砂輪對磨來計算磨損質(zhì)量損失。砂輪的線速度為25 m/s，測試時間為60 s，測定5個試樣然后取平均值。磨損質(zhì)量損失的計算公式如下：

式中：m即為磨損質(zhì)量損失；m1為試樣在對磨前的質(zhì)量；m2為試樣與砂輪對磨后的質(zhì)量。

以試樣C為例，研究FeCoCu預(yù)合金粉與金剛石的界面生成物。將含30%金剛石顆粒的胎體試樣放入濃鹽酸中浸泡72 h，完全溶去FeCoCu預(yù)合金粉，將酸浸泡出的金剛石用蒸餾水反復(fù)洗滌，最后放置于超聲波中，振蕩3 min后得到所需要的金剛石試樣。用日本D/max-rA10型X射線衍射儀對純金剛石及燒結(jié)后的金剛石進行物相分析，用LABRAM-010型激光拉曼光譜儀測試兩種金剛石的Raman譜。

2　結(jié)果與討論

2.1預(yù)合金粉XRD分析

圖1所示為3種不同配比的預(yù)合金粉的XRD譜。由圖1可知，不同配比的預(yù)合金粉不僅有Fe和Cu單質(zhì)相，而且都形成了Co3Fe7、CoFe15.7、FeCu4金屬間化合物。在預(yù)合金粉中，隨著Cu含量的降低和Fe含量的升高，單質(zhì)Cu及Fe-Cu中間相的含量明顯降低，當(dāng)Cu含量降低為20%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時，從C曲線上可以觀察到Cu及FeCu4的衍射峰強度非常微弱，說明Fe-Cu的配比變化對其形成的中間相的含量有直接影響。Fe-Cu的配比及中間相生成物含量會對預(yù)合金粉的性能造成較大影響［11］。Co的含量為15%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），但單質(zhì)相在圖上沒有顯示，原因為Co和Fe為同族元素，在共沉淀過程中易于和Fe形成中間相，導(dǎo)致晶格畸變，晶格常數(shù)發(fā)生變化，因此在圖譜上得到的是Co和Fe的合金相。

圖1預(yù)合金粉XRD譜Fig.1　XRD patterns of pre-alloyed powders

2.2預(yù)合金粉SEM分析

圖2所示為3種預(yù)合金粉末形貌。由圖2可以看出，3種預(yù)合金粉末的形狀均為不規(guī)則狀，粉末顆粒較細，且相互連接，表面疏松。由于粉末比表面積大，故活性高，可降低燒結(jié)溫度。3種預(yù)合金粉末中，試樣A預(yù)合金粉的顆粒最粗，其費氏粒度約為9.2 μm；試樣C預(yù)合金粉的顆粒最細，其費氏粒度約為5.2 μm；而試樣B預(yù)合金粉末的顆粒粒度居中，其費氏粒度約為8.7 μm。粉末粒度的差異是由于在相同條件下，還原前驅(qū)體制備預(yù)合金粉末時，含Cu量高的預(yù)合金粉末前驅(qū)體比含Cu量低的預(yù)合金粉末前驅(qū)體更易于被還原，且含Cu量高的預(yù)合金粉末比含Cu量低的預(yù)合金粉末的再結(jié)晶溫度更低［12］，粉末顆粒之間出現(xiàn)再結(jié)晶以及晶粒長大的作用更強，所以含Cu量越高，其粒度就越粗。

2.3DTA差熱分析

圖3所示為3種配比的預(yù)合金粉的DTA差熱曲線圖。由圖3可知，不同配比預(yù)合金粉在980℃之前比較穩(wěn)定，曲線上沒有出現(xiàn)明顯的熱量變化，說明在此溫度前預(yù)合金粉沒有發(fā)生太大變化。在980℃和1110℃時有兩個明顯的吸熱峰。結(jié)合三者間的二元相圖可知，980℃時，α-Fe向（α-Co，γ-Fe）的轉(zhuǎn)變；在1096℃時，發(fā)生的是FeCu的包晶反應(yīng)；在1112℃時，發(fā)生了CoCu的包晶反應(yīng)，因此，在1110℃時發(fā)生了明顯的吸熱峰。試樣A由于鐵的含量較低，所以鐵的相轉(zhuǎn)變較弱，在圖3上表現(xiàn)為無峰值出現(xiàn)。試樣B由于鐵、銅的比例接近，因此，不僅有Fe的相變吸熱峰，也有明顯的Cu的包晶反應(yīng)峰。試樣C由于鐵含量增加，因此，鐵的峰值很強。銅含量下降導(dǎo)致Cu的吸熱峰幾乎消失。結(jié)合圖1中的XRD可以說明：雖然3種配比的預(yù)合金粉都形成了金屬間化合物，但單質(zhì)相還是占有一定比例的。預(yù)合金粉的燒結(jié)性能與其單質(zhì)配比有重要關(guān)系。形成的合金相雖然對預(yù)合金粉的性能有重要影響，但主要還是由Fe、Cu配比決定的。

圖2預(yù)合金粉SEM像Fig.2　SEM images of pre-alloyed powders：（a）Sample A；（b）Sample B；（c）Sample C

圖3預(yù)合金粉DTA曲線Fig.3　DTAcurves of pre-alloyed powders

表2　不同預(yù)合金粉不同燒結(jié)溫度下的力學(xué)性能Table 2　Mechanical properties of powders sintered at different sintering temperatures

圖4　不同燒結(jié)溫度下不同試樣力學(xué)性能折線圖Fig.4　Mechanical property curves of different samples sintered at different temperatures

2.4燒結(jié)胎體力學(xué)性能分析

不同配比的預(yù)合金粉在不同燒結(jié)溫度下的性能如表2所列。

圖4所示為3種預(yù)合金粉末不同燒結(jié)溫度下的力學(xué)性能曲線圖。從表2和圖4中的相對密度數(shù)據(jù)可以看出，三者的相對密度均隨燒結(jié)溫度的升高而小幅度增加，但是在達到一定值后變化很小。據(jù)粉末冶金燒結(jié)理論，隨著燒結(jié)溫度的升高，燒結(jié)的過程會進行的更加充分，使得孔隙尺寸和孔隙總數(shù)逐漸減少，因而，燒結(jié)體的密度和相對密度逐漸增大。當(dāng)燒結(jié)達到一個相對平衡狀態(tài)時，孔隙由于變小從而變得相對較穩(wěn)定，因此，相對密度趨向于一個穩(wěn)定值而變化不大［13］。由圖4還可以看出，試樣A、B、C隨著Cu含量的降低相對密度也較小，這是由于Cu的熔點較低（為1083.4℃），在預(yù)合金粉末中Cu的含量越高，就越能降低燒結(jié)溫度，促進燒結(jié)致密化。

由圖4中的抗彎強度曲線可知，試樣C的強度最大，試樣A的強度最小，這是由Fe和Cu的配比關(guān)系決定的。試樣A中Cu的含量最高，而Cu是一種軟質(zhì)材料，發(fā)生塑性變形需要的應(yīng)力較小，所以抗彎強度低。當(dāng)銅的含量下降時，情形正好相反。另外，3種配比的預(yù)合金粉在不同燒結(jié)溫度下的抗彎強度變化規(guī)律也基本相似，均隨著燒結(jié)溫度的升高而增大，在燒結(jié)溫度超過一定值后，三者的抗彎強度又隨燒結(jié)溫度的升高而下降。其中試樣A的抗彎強度最大值出現(xiàn)在750℃，試樣B出現(xiàn)在800℃，試樣C出現(xiàn)在850℃。當(dāng)燒結(jié)溫度偏低時，燒結(jié)不充分，導(dǎo)致其抗彎強度值較低；但燒結(jié)溫度過高時，又容易造成試樣的晶粒尺寸的長大。據(jù)Hall-Petch公式可知

式中：σy為試樣的強度；σi、k為常數(shù)；d為晶粒尺寸，隨著晶粒尺寸d的增大，硬度三點抗彎強度逐漸減小。在本實驗中，隨著燒結(jié)溫度的升高，燒結(jié)試樣的晶粒尺寸逐漸長大，因而其強度值下降。其中，試樣A的最佳燒結(jié)溫度較低，是由于Cu的含量較高，而銅的燒結(jié)溫度又較低，所以降低了整個預(yù)合金粉的燒結(jié)溫度。當(dāng)銅的含量逐漸下降而鐵的含量逐漸升高時，就出現(xiàn)了試樣B、C預(yù)合金粉燒結(jié)溫度升高的趨勢。

由表2及圖4還可以看出，硬度的變化基本上與3點強度變化規(guī)律相似，硬度由大到小依次為試樣C、試樣B、試樣A，這是由其銅鐵的不同含量決定的。不同燒結(jié)溫度下，試樣的硬度值也呈現(xiàn)先增大趨勢，當(dāng)達到某一值后又下降，這與3點抗彎強度的原因是一樣的，都是由于晶粒尺寸長大造成的。

2.5磨損質(zhì)量損失分析

表3所列為3種預(yù)合金粉燒結(jié)試樣的磨損質(zhì)量損失數(shù)據(jù)。其燒結(jié)在各自較理想工藝條件下進行。

表3　不同預(yù)合金試樣磨損質(zhì)量損失Table 3　Wear mass loss of per-alloyed powers

由表3可知，隨著Cu含量的降低及Fe含量的增加，試樣的磨損質(zhì)量損失數(shù)值呈變小趨勢，即試樣的耐磨性變得更好。當(dāng)與SiC砂輪對磨時，SiC磨粒在與試樣接觸面上首先有一定的壓入深度。當(dāng)砂輪高速旋轉(zhuǎn)時，SiC磨粒吃入到試樣中，對試樣起到一種“犁削”作用。由于Cu塑性能力強，屬于軟質(zhì)材料，當(dāng)Cu含量較高時，這種壓入深度及“犁削”作用會更加明顯，因此，在相同測試條件下，試樣會被SiC砂輪磨削掉更多質(zhì)量。隨著Fe含量的增加，試樣的硬度及強度上升，試樣抵抗SiC磨粒壓入及磨削能力提高，即試樣的耐磨性變好。測試數(shù)據(jù)也表明對于FeCoCu預(yù)合金粉體系而言其耐磨性與力學(xué)性能有一定的對應(yīng)關(guān)系。

2.6燒結(jié)試樣斷口形貌分析

圖5所示為3種不同配比的預(yù)合金粉的SEM像，其中試樣A的燒結(jié)溫度為750℃，試樣B的燒結(jié)溫度為800℃，試樣C的燒結(jié)溫度為850℃，由于在選定的溫度下3種試樣都具有最理想的力學(xué)性能。由圖5可知，試樣A具有典型的韌窩狀斷裂特征，這是由于Cu含量過高而導(dǎo)致，在試樣A中，Cu的名義成分為60%，是一種主體相。由于Cu的韌性很好，塑性變形能力很強，在受力時容易發(fā)生變形，形成裂紋并擴展，并通過相互連接及長大形成韌窩。試樣B中能明顯觀察到兩種斷裂特征：韌窩斷裂和穿晶斷裂。在試樣B中，F(xiàn)e的含量增加，導(dǎo)致試樣的強度上升，在受力時不容易形成裂紋并擴展成為韌窩，當(dāng)應(yīng)力增加到一定程度時，晶粒發(fā)生破裂并迅速在晶粒內(nèi)部擴展導(dǎo)致發(fā)生穿晶斷裂，F(xiàn)e含量越高，此現(xiàn)象就越明顯。試樣C中穿晶斷裂較多，韌窩斷裂較少，和前面的原因是一樣的。

2.7含金剛石試樣斷口形貌及界面生成物分析

表4所列為3種試樣在最佳燒結(jié)溫度下的強度損失率。數(shù)據(jù)表明：試樣C對金剛石的包鑲能力較強，而試樣A對金剛石包鑲能力最弱。

圖6所示為最佳燒結(jié)溫度下3種含30%濃度金剛石試樣的斷口SEM像。由圖6可知，不同試樣胎體在與金剛石接觸時都有一定的間隙，說明對金剛石的包鑲主要以機械包鑲為主。圖7所示為與試樣C預(yù)合金粉燒結(jié)前后的金剛石的XRD及Raman譜。由圖7中的XRD圖可知，燒結(jié)前后的金剛石試樣在2θ≈44.2°位置處有明顯的衍射峰，其對應(yīng)的是金剛石的（111）晶面［14］。不同的是，與預(yù)合金粉燒結(jié)后的金剛石在2θ≈26.6°位置處也出現(xiàn)了一個明顯的峰，這是石墨對應(yīng)的（002）面的衍射峰［15］。由拉曼譜線可知，未經(jīng)燒結(jié)的金剛石只在1332 cm-1處存在一尖銳的拉曼峰，該峰對應(yīng)為金剛石晶型特征峰［16］。與預(yù)合金粉燒結(jié)后的試樣不僅存在著1332 cm-1處的金剛石晶型特征峰，而且在1580 cm-1處、2700 cm-1處也出現(xiàn)了特征峰。1580 cm-1處稱為石墨的G峰，是由sp2碳原子間的拉伸振動引起的［17］。2700 cm-1處是由石墨碳原子中兩個具有反向動量的聲子雙共振躍遷引起的［18］。XRD及Raman譜可以說明，與預(yù)合金粉反應(yīng)后的金剛石表面發(fā)生了石墨化。

結(jié)合圖6和7可知，金剛石包鑲能力差異在于：首先，當(dāng)含金剛石試樣在受力時，燒結(jié)致密度高、力學(xué)性能好的胎體不僅能為金剛石提供更好的支撐作用，而且能更好地傳遞分散應(yīng)力［19］，所以能承受相對較大的應(yīng)力而不斷裂，在宏觀力學(xué)上表現(xiàn)為含金剛石試樣的3點抗彎強度相對較高，即胎體對金剛石有較好的包鑲能力。其次，F(xiàn)e是石墨化元素， 隨著Fe含量升高及燒結(jié)溫度增加，則金剛石表面更易于石墨化，金剛石表面的粗糙不平導(dǎo)致與預(yù)合金粉結(jié)合比較緊密，從而提升胎體對金剛石的包鑲能力。這與圖6中試樣A中的金剛石表面比較光滑、試樣B中的金剛石有明顯的刻蝕，試樣C中金剛石表面基本上被預(yù)合金粉所包覆的情況相吻合。

圖6 含金剛石試樣斷口SEM像Fig.6　SEM images of diamond contained matrix：（a）Sample A；（b）Sample B；（c）Sample C

圖7 純金剛石燒結(jié)前后金剛石的XRD與Raman光譜圖Fig.7　XRD and Raman spectra of diamond before and after interring：（a）XRD；（b）Raman

3　結(jié)論

1）共沉淀法生產(chǎn)的不同配比的FeCoCu預(yù)合金粉一定程度上實現(xiàn)了合金化，XRD表明預(yù)合金粉形成Co3Fe7、CoFe15.7、FeCu4等中間相。當(dāng)Fe、Cu二元素配比不同時，預(yù)合金粉的成分與微觀結(jié)構(gòu)會有很大的變化。SEM結(jié)果表明：Cu含量較低時，粉末粒度更細一些。

2）DTA差熱分析表明：雖然3種配比的預(yù)合金粉都形成了合金相，但單質(zhì)相仍然占有一定比例。預(yù)合金粉的燒結(jié)性能與其單質(zhì)配比有重要關(guān)系。

3）由于Fe、Cu配比的不同，預(yù)合金粉的最佳燒結(jié)溫度會有一定的差異，力學(xué)性能也相差很大；當(dāng)鐵含量較高時，其最佳燒結(jié)溫度會相應(yīng)提高，而預(yù)合金粉的硬度、三點抗彎等力學(xué)性能值也最大。

4）不同配比對預(yù)合金粉燒結(jié)體的顯微組織有重要影響。SEM結(jié)果表明：當(dāng)Cu含量較高時，斷口形貌以韌窩斷裂為主；當(dāng)Fe含量較高時，以穿晶斷裂為主。

5）隨著鐵含量的升高，預(yù)合金粉胎體對金剛石的把持力提高，強度損失率下降。SEM結(jié)果表明：把持力以機械包鑲為主，XRD及Raman光譜表明與預(yù)合金粉燒結(jié)后的金剛石表面存在著石墨化現(xiàn)象。

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(編輯李艷紅)

Effect of composition of FeCoCu pre-alloyed powders on sintering characters used for diamond tools

XIE De-long1，WAN Long1，SONG Dong-dong1，WANG Shuai2，LIN Feng2，Lü Zhi2，F(xiàn)ANG Xiao-hu2，PAN Xiao-yi2，QIN Hai-qing2，CHEN Chao2，XIAO Le-yin2
（1.College of Materials Science and Engineering，Hunan University，Changsha 410082，China；2.Guangxi Key Laboratory of Superhard Materials，Chinese National Engineering Research Center for Special Mineral Materials，China Nonferrous Metal（Guilin）Geology and Mining Co.，Ltd.，Guilin 541004，China）

The FeCoCu pre-alloyed powders were manufactured by co-precipitation method.The microstructure was characterized，the sintering experiments were carried out，the mechanical properties and wear loss were tested and the combination condition between diamond and the powders was analyzed.The results show that the mesophases，such as Co3Fe7，CoFe15.7and FeCu4，are formulated in the three powders，and all the powders have irregular shapes，interconnected fine particles and large surface areas.Although the solid solutions are formed，the sintering，mechanical properties andmass loss of the three powders are based on the Fe-Cu ratios.With Fe content increasing，the ideal sintering temperatures，hardness and three point bend strength raise.The relative density decreases，the wear loss becomes better.Fe-Cu ratio has important influence on the powders microstructure.The mechanical retention is the main strength in the matrix and graphitization has occurred in the diamond surface after sintering with the FeCoCu pre-alloyed powders.

FeCoCu pre-alloyed powders；Fe-Cu ratio；microstructure；matrix；mechanical property

Project（2013GXNSFAA019320）supported by General Program of Natural Science Fund of Guangxi Province，China；Project（1348008-3）supported by Plan Program of Scientific Research and Technical Development of Guangxi Province，China；Project（2013KJJH11）supported by Program of Scientific Development of China Nonferrous Metal Mining（group）Co.，Ltd.；Project（20140104-4，20150105-1）supported by Plan Program of Scientific Research and Technical Development of Guilin，China；Project（2013-1-20）supported by Program of Technology Enterprise Industrialization of Guangxi Province，China；Project（51375157）supported by National Natural Science Foundation of China

date:2015-04-08；Accepted date:2015-10-22

WAN Long；Tel：+86-731-888235540；E-mail：wanlong1799@163.com

TG454

A

1004-0609（2016）-03-0577-09

廣西自然科學(xué)基金面上項目（2013GXNSFAA019320）；廣西科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計劃項目（桂科攻1348008-3）；中色集團科技開發(fā)項目（2013KJJH11）；桂林市科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計劃項目（20140104-4，20150105-1）；廣西區(qū)直科技型企業(yè)產(chǎn)業(yè)化項目（2013-1-20）；國家自然科學(xué)基金資助項目（51375157）

2015-04-08；

2015-10-22

萬隆，教授，博士；電話：0731-88823540；E-mail：wanlong1799@163.com