合金粉末

为了解央高温下铁对金刚石的热侵蚀，提高结合剂与金刚石的结合强度以及工具的自锐性，铁基结合剂的发展趋势主要有以下几个方面：

(1)铸铁结合剂。铸铁结合剂已成功用于加工陶瓷的金刚石磨轮，其主要成分是：灰口铸铁切削粉碎粉加羰基铁粉。由于铸铁粉中含硅，通过烧结处理后使石墨球状化，而提高了结合剂的强度;铸铁中的石墨，可防止磨削过程中的烧焊，使被加工件表面干净，降低表面粗糙度;铸铁粉饱和着碳，使高温烧结时金刚石所扩散的碳原子极少，从而抑制金刚石的劣化；羰基铁粉可降低铸铁含碳量和烧结后的脆性，提高铸铁粉的烧结性和对金刚石的黏结力。铸铁结合剂磨轮较青铜基磨轮具有强度高，磨削比大，便于控制磨削速度，工件表面粗糙度低等优点。铸铁结合剂还成功应用于石材用金刚石圆锯片。

(2)超细铁粉。超细铁粉具有很高的烧结活性，热压烧结温度可降低至800℃以下，可有效避免铁对金刚石的侵蚀，同时超细铁粉胎体强度高、硬度高、与金刚石耐磨匹配性好。

(3)添加合金元素。1)加入一-定量的铜、锌、锡、磷、铁共晶合金等低熔点元素或合金作为黏结相，让其在烧结过程中较早熔融，成为液相，使结合剂具有液相烧结的特征，得到理想的致密烧结体。2)添加少量的高硬度、高熔点的骨架成分，如钨、碳化钨、金属氧化物等，以提高结合剂的硬度和耐磨性。3)强化成分，例如加入适量的镍，固溶强化铁胎体；加入少量的碳、硅元素，形成Fe，C或Fe，Si强化铁基胎体；加人少量的磷，可以显著提高铁基体的硬度与耐磨性并减缓铁对金刚石的热浸蚀作用，并且改善自锐性的作用显著；加入少量钼、铍、稀土元素可以起到同样的作用。4)增加适量的亲和元索来增强铁基结合剂对金刚石的化学亲和力，如加人3%左右的钻可大幅度提高铁基结合剂对金刚石的把持力；加入适当的碳化物形成元素(Cr、Ti)，使之能够在高温下生成稳定的碳化物，强化胎体，提高把持力。

(4)预合金化或部分预合金化。由于热压烧结时间短，特别是温度较低时，高熔点合金元素来不及扩散合金化，仍以单质形式存在，不能充分发挥作用，铁基结合剂预合金化或部分预合金化均能有效解决这一问题。例如Fe-Ni-Cu、Fe-Ni-Cu-Sn、Fe-Co-Cu 等预合金粉末已大量用于代钻工具；添加663青铜、Cu-Sn20、Cu-P、Fe-P、Fe-B 合金粉末来降低烧结温度；添加Fe-Cr、Fe-Mn 合金粉末较直接添加Cr或Mn效果显著。

铁、钴、镍统称为铁族元素，铁与钴的电子层数目和最外层电子数均相同，化学性质和物理性能相近，熔点和烧结温度相差不大。但是，铁不具备钴特有的高温硬性、热强性、抗高温氧化和耐腐蚀性能，合金化不当的铁基结合剂存在以下几方面的问题：(1)烧结温度高，可控工艺范围窄；(2)铁在热压烧结时很容易侵蚀金刚石；(3)铁粉活性很大，特别是细铁粉更容易氧化；(4)铁基胎体的耐磨性较低，工具寿命短。

硬质合金由硬质基体和黏结金属两部分组成。硬质合金是一种优良的工具材料，主要用于切削工具、金属成型工具、表面耐磨材料以及高刚性结构部件。硬质基体采用难熔金属化合物，主要是碳化钨和碳化钛，还有碳化钽、碳化铌和碳化钒等，保证合金具有较高的硬度和耐磨性。黏结金属用铁族金属及其合金，以钴为主，使合金具有一定的强度和韧度。

采用新型粉末冶金原材料，可以简化生产工艺，降低制造成本。例如，Hoganas公司开发的部分扩散预合金化粉末(Distaloy粉末)，利用这种粉末制造机械结构零件时，由于可达到较高的材料密度、强度及尺寸公差精度，从而可省去精整或复压工序，可使零件的生产成本降低30%。

StarmixBoost无锌粘结混粉是Hoganas公司开发的一种非常稳定而高性能的混粉，特别适合于复杂形状的零件生产，例如VVT零件，行星齿轮架，同步器齿毂等。使用该粉料，由于其产品尺寸精度和稳定性非常好，使产品超标可减少50%，重量偏差可减少25%~50%，尺寸偏差可减少25%~50%，脱模力可减少15%，生产效率可提高10%~30%，减少机加工、质检和废品方面的成本。采用易切削粉,可减少切削加工成本。采用烧结硬化粉可在烧结状态下获得热处理态性能，从而减少热处理成本。

分类

镍基合粉末有自熔性合金粉末与非自熔性合金粉末（镍合金粉末）之分。

非自熔性镍基粉末是指不含B、Si或B、Si含量较低的镍基合金粉末。这类粉末，广泛的应用于等离子弧喷涂涂层、火焰喷涂涂层和等离子表面强化。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基耐磨耐蚀合金粉末等。

在镍合金粉末中加入适量B、Si便形成了镍基自熔性合金粉末。所谓自熔性合金粉末亦称低共熔合金，硬面合金，是在镍、钴、铁基合金中加入能形低熔点共晶体的合金元素（主要是硼和硅）而形成的一系列粉末材料。常用的镍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、高钼镍基自熔性合金粉末、高铬钼镍基自熔性合金粉末、Ni-Cr-W-C基自熔性合金粉末、高铜自熔性合金粉末、碳化钨弥散型镍基自熔性合金粉末等。

自熔性粉末中各种元素在合金中的作用：

●硼、硅元素的作用：显著降低合金熔点，扩大固液相线温度区，形成低熔共晶体；脱氧还原作用和造渣功能；对涂层的硬 化、强化作用；改善操作工艺性能

●铜元素的作用：提高对非氧化性酸的耐蚀性

●铬元素的作用：固溶强化作用、钝化作用；提高耐蚀性能和抗高温氧化性能；富余的铬容易与碳、硼形成碳化铬、硼化铬硬质相从而提高合金硬度和耐磨性

●钼元素的作用：原子半径大，固溶后使晶格发生大的畸变，显著强化合金基体，提高基体的高温强度和红硬性；可以切断、降低涂层中的网状组织；提高抗气蚀、冲蚀能力。

自熔性合金粉末是以镍、钴、铁为基材的合金，其中加入适量硼和硅元素，起脱氧造渣焊接熔剂的作用，同时能降低合金熔点，适于乙炔一氧焰对涂层进行重熔。

国产自熔性合金粉末品种较多，镍基合金粉末有较强的耐蚀性，抗氧化性可达650°C，耐磨性强；钴基合金粉末最大的特点是红硬性好，可在700℃保持较好的耐磨性和耐蚀性；铁基合金粉末耐磨粒磨损性优于其他两类 。

该粉末是系自熔性合金粉末中应用最广泛的一种。具有优良的综合性能，耐腐蚀，抗氧化性，耐热，耐低应力磨粒磨损及良好的冲击韧性。熔点低，固液相温度区间宽，对多种基体和WC颗粒等有强的润湿能力，操作简便。

自熔性、润湿性和喷焊性优良，喷焊层具有硬度高、耐蚀、耐磨、耐热特点，难以切削，以湿式磨削为宜。