肖明清,余勇,曾歸余,覃思思

(湖南省冶金材料研究院,湖南長沙 410129)

加速制定水霧化鐵銅基預(yù)合金粉末質(zhì)量行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的思考

肖明清,余勇,曾歸余,覃思思

(湖南省冶金材料研究院,湖南長沙 410129)

簡述了目前國內(nèi)鐵銅基預(yù)合金粉的發(fā)展?fàn)顩r,介紹了加速制定水霧化鐵銅基預(yù)合金基礎(chǔ)粉末質(zhì)量行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的重要性、可行性及已具備的條件,并提出制定行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包括的主要技術(shù)條件(化學(xué)成分、松裝密度、粒度及其組成、顆粒形貌等)、測試方法及檢驗(yàn)規(guī)則等方面的建議。

水霧化;預(yù)合金粉末;行業(yè)標(biāo)準(zhǔn);金剛石工具

1 前言

上世紀(jì)90年代,比利時、法國以及德國等國家的相關(guān)公司先后研發(fā)了超細(xì)鐵-鈷-銅等系列預(yù)合金粉末,實(shí)用表明,采用這些胎體粉末,即使在減少稀缺金屬鈷含量的情況下,胎體對金剛石仍然具有良好的把持力。由此,這些超細(xì)鐵-鈷-銅等系列預(yù)合金粉末便獲得了產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用。針對國內(nèi)金剛石工具的實(shí)際情況,我國相關(guān)單位,如上海材料所、中國地質(zhì)大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)、中南大學(xué)、安泰科技、有研粉末以及湖南冶金材料院等單位,也陸續(xù)開展了預(yù)合金粉末的研發(fā)及應(yīng)用的研究,并獲得了相應(yīng)的成果[1-3]。這些成果為我國金剛石工具大規(guī)模應(yīng)用預(yù)合金粉末奠定了基礎(chǔ)。

近十年來,為了適應(yīng)我國金剛石工具胎體用鐵銅基預(yù)合金粉末快速發(fā)展的需求,相關(guān)單位加快了采用具有投資少、成本低、污染小且易于規(guī)?；a(chǎn)等特點(diǎn)的水霧化工藝法,進(jìn)行以鐵銅為主的預(yù)合金粉末的生產(chǎn),以擴(kuò)大其生產(chǎn)規(guī)模。據(jù)不完全統(tǒng)計,2014年國內(nèi)鐵銅基預(yù)合金粉末的年產(chǎn)量已超過五千噸,主要生產(chǎn)廠家有河南黃河旋風(fēng)、雅豪新材料科技以及湖南冶金材料院等,另有一些廠家也在新建相應(yīng)的生產(chǎn)線,并開發(fā)了相關(guān)品種。這一發(fā)展態(tài)勢表明,我國已經(jīng)形成了自有特色的金剛石工具胎體粉末系列,并為促進(jìn)我國成為世界金剛石工具的“制造大國”作出了重要貢獻(xiàn)。

湖南冶金材料院自上世紀(jì)90年代起,便加大了對金剛石工具用的鐵銅系列預(yù)合金粉末的系統(tǒng)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的投入[3-4],目前已建立了多條生產(chǎn)線,批量生產(chǎn)金剛石預(yù)合金胎體粉末系列。多年來,我們在不斷拓展市場應(yīng)用時發(fā)現(xiàn),同一種產(chǎn)品,不同的用戶,總是會對其質(zhì)量的表征項(xiàng)目(如化學(xué)成分、氧含量、粒度、松裝密度等)及其指標(biāo)提出不同的要求。為此,我們不得不分別采用不同的生產(chǎn)工藝及后處理方法等措施以滿足其需求。產(chǎn)需雙方因質(zhì)量表征項(xiàng)目及其指標(biāo)參差不齊所造成的困擾,已越來越受到業(yè)內(nèi)研究人員的關(guān)注。對此,我們十分贊同業(yè)內(nèi)有識之士所提出的建議,即,應(yīng)盡早推動制定相關(guān)粉末行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),統(tǒng)一并完善現(xiàn)有質(zhì)量表征項(xiàng)目及其指標(biāo),以便為工具的設(shè)計與制造提供有力的支撐,進(jìn)而為促進(jìn)我國金剛石工具性能的提高和穩(wěn)定打造更加扎實(shí)的基礎(chǔ)。

為了促進(jìn)此項(xiàng)工作的開展,希望我們以下的觀點(diǎn),能起到拋磚引玉的作用。欠妥之處,還望得到同仁的賜正。

2 制定行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的幾點(diǎn)看法

2.1 條件基礎(chǔ)

經(jīng)過多年的共同努力,目前我國水霧化鐵銅基預(yù)合金粉已取得快速發(fā)展,尤其是FeCu30、FeCu40等基礎(chǔ)粉末,年產(chǎn)量約4～5千噸,已成為金剛石工具最主要的原料粉末之一,我國金剛石工具以鐵銅基為主體的胎體體系已經(jīng)形成,其制造與應(yīng)用技術(shù)也已趨于成熟。此外,關(guān)于粉末各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)(如粉末的化學(xué)成分、氧含量、粒度及其組成、松裝密度、顆粒形貌以及壓制性能等)對金剛石工具制作過程及使用性能的影響等問題,也已進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究[5-10],不少質(zhì)量項(xiàng)目,己經(jīng)被產(chǎn)需雙方作為質(zhì)量驗(yàn)收的依據(jù)。這些研究與應(yīng)用的成果,為制定行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提供了基礎(chǔ)條件。另外,一些技術(shù)力量強(qiáng)、裝備條件好的企業(yè),先后積累的相應(yīng)企業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),也可為制定相應(yīng)的產(chǎn)品質(zhì)量行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提供很好的借鑒。

其次,人們通常會將某一行業(yè)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)視為行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的統(tǒng)一基礎(chǔ)水平。同時,基于標(biāo)準(zhǔn)的推薦性,它不會阻礙各自企業(yè)為了滿足高端用戶的需求,另行制定并實(shí)施比行業(yè)質(zhì)量水平更高的標(biāo)準(zhǔn)。因而我們相信,通過貫徹相應(yīng)行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),不僅能有效促進(jìn)我國金剛石工具性能的全面提高與穩(wěn)定,同時亦會為進(jìn)一步攻克至今尚難全面滿足的用戶質(zhì)量需求(如較大幅度改善其壓制性能等)以及今后不斷提升行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)水平留下發(fā)展的余地。

再者,產(chǎn)品質(zhì)量的提高是無止境的,為了方便使用,對產(chǎn)品的質(zhì)量項(xiàng)目及其指標(biāo)要求也是多種多樣的。只是有些要求受制于現(xiàn)有制造工藝以及裝備的局限,并非一蹴而成。我們不能期待在這些問題取得突破之后,再行制定產(chǎn)品質(zhì)量的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。因此目前某些質(zhì)量指標(biāo)尚存在不如意的情況,應(yīng)該不成為妨礙我們盡快著手組織制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的問題。

綜上所述,筆者認(rèn)為,制定水霧化鐵銅基預(yù)合金基礎(chǔ)粉末質(zhì)量行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的條件已經(jīng)成熟,制標(biāo)工作有必要提上議程。

2.2 制定與實(shí)施行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的效益分析

首先,制定與實(shí)施行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)有利于制粉企業(yè)穩(wěn)定生產(chǎn)工藝,并為穩(wěn)定粉末質(zhì)量創(chuàng)造良好條件。水霧化鐵銅基預(yù)合金粉末的質(zhì)量控制,涉及多個環(huán)節(jié),包括精選原材料、合理配投料、嚴(yán)控熔煉與霧化工藝以及后處理工藝等。每個環(huán)節(jié)參數(shù)控制的誤差度及其累計率的差異都會或多或少地影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。有了規(guī)范統(tǒng)一的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),制造者便可通過工藝試驗(yàn),找出各個工序確保最終產(chǎn)品質(zhì)量的最佳參數(shù),并以此制定工藝操作規(guī)程,既方便操作者重復(fù)執(zhí)行,也有利于現(xiàn)場管理者對工藝紀(jì)律的監(jiān)督,從而為穩(wěn)定最終產(chǎn)品質(zhì)量提供了有力保障。

生產(chǎn)工藝穩(wěn)定性是確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的基礎(chǔ),而產(chǎn)品質(zhì)量的規(guī)范統(tǒng)一化又為工藝的穩(wěn)定性提供了必要前提條件。生產(chǎn)工藝與質(zhì)量的規(guī)范化,兩者之間相互促進(jìn)方可產(chǎn)生良性循環(huán)。這正是規(guī)?；⑴炕纳a(chǎn)所必須的條件。也就是說產(chǎn)品質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)化,確保了工藝的穩(wěn)定性,從而為生產(chǎn)廠家批量化、規(guī)?；a(chǎn)提供有力保障。而規(guī)?；笊a(chǎn)則為生產(chǎn)企業(yè)提高與穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量,提高經(jīng)濟(jì)效益提供了最有效的途徑。

其次,對于使用水霧化預(yù)合金粉末金剛石工具廠家來說,有了行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),將不用再被動地接受產(chǎn)品,而是可以依據(jù)規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),選擇適合自己應(yīng)用的牌號,并可直接通過檢驗(yàn)相關(guān)質(zhì)量項(xiàng)目來判定產(chǎn)品是否合格,為規(guī)范的原料粉末采購提供了保障。同時,穩(wěn)定的粉末質(zhì)量也為制備高性能、高穩(wěn)定性的金剛石工具產(chǎn)品提供了必要的基礎(chǔ)條件,從而有助于提高市場競爭力并取得相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益。

最后,統(tǒng)一規(guī)范的質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)淮,還為供需雙方洽定合同條款提供了方便,避免了因質(zhì)量偏差的誤判而導(dǎo)致的質(zhì)量糾紛。規(guī)范化的質(zhì)量檢驗(yàn)工作,亦可優(yōu)化質(zhì)量檢驗(yàn)作業(yè),提高工作效率,節(jié)約人力物力,從而降低產(chǎn)品成本。

3 對水霧化鐵銅基預(yù)合金粉末行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)具體內(nèi)容的建議

至今我國已制定了不少的金屬粉末行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),如電解銅粉,其國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)曾于2007年再次進(jìn)行了修改[11],由于此粉末已大量應(yīng)于金剛石工具,故其具體內(nèi)容對于制定本文擬議中的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)具有較好的借鑒作用。

以下是我們對制定水霧化鐵銅基預(yù)合金粉末行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)具體內(nèi)容的建議,僅供參考。

3.1 主要技術(shù)條件及要求

金屬粉末的技術(shù)條件通常包括:化學(xué)成分、粒度及其組成、松裝比重、流動性、壓制性、理論密度、顆粒形貌等。

化學(xué)成分包括組成元素、氧及主要雜質(zhì)等含量的重量百分比及其允差范圍;

組成元素及其含量系材料最基本特性,對于金剛石工具的各項(xiàng)性能(含機(jī)械、物理,特別是實(shí)際使用性能)起著重要的作用。要指出的是,生產(chǎn)不同批次粉末時其成分的準(zhǔn)確含量,因加工工序多,影響因素復(fù)雜,通常與目標(biāo)的額定值存在一定的偏差,并且此偏差對工具性能穩(wěn)定性的影響程度并不亞于其成分重量比的額定值,因此,標(biāo)準(zhǔn)中通常還要標(biāo)明其允許波動的范圍。

氧含量對金剛石工具性能的影響已經(jīng)有了較為全面的研究[8-9],粉末顆粒表面氧化物的存在,阻礙了顆粒間的界面結(jié)合,也影響了金屬粉末顆粒與金剛石的接觸,從而大大降低了胎體的結(jié)合強(qiáng)度以及對金剛石的把持力。研究表明,當(dāng)水霧化鐵銅預(yù)合金粉末的氧含量超過5000×10-6時,將對工具的使用性能產(chǎn)生較大的負(fù)面影響,當(dāng)氧含量≤4000×10-6時,工具的使用性能和壽命得到較大改善。通過應(yīng)用研究,我們建議將水霧化預(yù)合金基礎(chǔ)粉行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的氧含量定為(3000±500)×10-6。

雜質(zhì)含量對產(chǎn)品性能也有較大的影響,它取決于制粉時選用的原材料質(zhì)量品級。故也應(yīng)該有明確的規(guī)定,并通常以≤wt﹪表示。

松裝比重是粉末質(zhì)量的重要項(xiàng)目之一,對粉末的壓制成型性有著很大的影響,應(yīng)當(dāng)標(biāo)明其絕對值及允差。壓制成型性差是影響水霧化預(yù)合金粉末進(jìn)一步擴(kuò)大用量比例的瓶頸。為了改善混合粉料的成型性,一般需要加入其它方法生產(chǎn)的單質(zhì)或合金粉末進(jìn)行調(diào)節(jié)?，F(xiàn)階段對鐵銅預(yù)合金粉末的松比值標(biāo)準(zhǔn)建議為≤3.5g/cm3。

粒度及其組成是粉末技術(shù)條件的重要內(nèi)容。對于金剛石胎體基礎(chǔ)粉末,粒度及其組成是預(yù)判其成形性、壓縮性及燒結(jié)活性等的重要因素,因此,應(yīng)該對此指標(biāo)及其檢測方法作出詳細(xì)規(guī)定?，F(xiàn)階段通常要求鐵銅基預(yù)合金粉末的粒度小于48微米(300目),其中大于48微米的粉末應(yīng)≤5%。對此項(xiàng)指標(biāo),有的單位用篩分析、激光粒度等多種測試方法得到的數(shù)據(jù)來分別表示,受到用戶的歡迎。

顆粒形貌一般指粉末顆粒的形狀和表面狀態(tài),對其壓制性及燒結(jié)性影響較大。水霧化預(yù)合金胎體粉末顆粒中通常既有棒狀、樹枝狀等不規(guī)則形粉末,又有少量不利于壓制的球形、類球形等規(guī)則形粉末。盡量減少球形和類球形粉末是水霧化預(yù)合金胎體粉末的發(fā)展方向。建議規(guī)定其顆粒形貌為不規(guī)則狀,對于超細(xì)粉末,還應(yīng)描述其聚集狀態(tài)等。建議采用適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)圖片,以便更形象地得以表述。

理論密度是提供工具設(shè)計計算投料量的依據(jù)。通常是按照預(yù)合金粉末的牌號標(biāo)準(zhǔn)成分的額定值(也即中間值)的比例計算而得的。如能通過檢測其實(shí)際生產(chǎn)樣品的量值,便可找出與上述額定值的偏差。此偏差值的大小,則可表明該批合金粉末元素的實(shí)際化學(xué)成分組成的準(zhǔn)確度。(注:此數(shù)據(jù)有利于計算粉末投料量的準(zhǔn)確度,或可作為標(biāo)準(zhǔn)的附件,供參考執(zhí)行。)

此外,關(guān)于粉末燒結(jié)活性度的數(shù)據(jù),諸如,不同燒結(jié)溫度下獲得的機(jī)械、物理性能之變化曲線等。筆者以為,這些特性并非粉末自身固有,不僅受到熱壓溫度、壓力及參數(shù)變化過程的影響,還與胎體合金所達(dá)到的致密度與組織結(jié)構(gòu)等狀態(tài)密切相關(guān)。因此,對于這些非粉末自身的特性,建議通過銷售技術(shù)服務(wù)的相關(guān)參考資訊,進(jìn)行有針對性的傳遞或許更為合理。

3.2 測試方法

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中測試方法的確定十分重要,它決定著檢測方法的適用性和檢測值的準(zhǔn)確性,而測試方法專業(yè)性較強(qiáng),建議制定標(biāo)準(zhǔn)時應(yīng)有相關(guān)檢測方面的專業(yè)人員參加,以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中檢測方面內(nèi)容的正確性及權(quán)威性。

對于水霧化鐵銅基預(yù)合金粉末測試方法,筆者參考其他粉末產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),建議包括:粉末冶金用粉末的取樣方法(GB5314)、粉末化學(xué)成分分析方法(GB223)、粉末氧含量測定(GB4164)、粉末松裝密度的測定(GB1479)、粉末粒度及粒度組成的測定(GB1480)、顆粒形貌(顯微鏡)等。

3.3 檢驗(yàn)規(guī)則

產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗(yàn)應(yīng)由生產(chǎn)廠家的質(zhì)量檢驗(yàn)部門進(jìn)行,并出具質(zhì)量報告單。用戶收到產(chǎn)品應(yīng)對其進(jìn)行復(fù)檢,如有異議應(yīng)在雙方約定日期前提出,如檢驗(yàn)結(jié)果不符合規(guī)定,應(yīng)對不合格品項(xiàng)目取雙倍數(shù)量的試樣,按測試方法的規(guī)定進(jìn)行復(fù)檢,如仍有不符合本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的,則該批產(chǎn)品判定為不合格。

4 結(jié)語

目前水霧化預(yù)合金粉末品種多、質(zhì)量參差不齊,已經(jīng)對胎體粉末乃至金剛石工具的發(fā)展造成制約,加速制定水霧化鐵銅基預(yù)合金基礎(chǔ)粉末的質(zhì)量行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),不僅必要而且已具備了條件。制定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)范圍,既是粉末生產(chǎn)廠家為控制產(chǎn)品自身質(zhì)量的通常手段,也是金剛石工具廠家作為預(yù)判該粉末可否采用的重要依據(jù)。

同理,對于已大批量用于金剛石工具上的其他金屬粉末,筆者希望也能早日制定出相應(yīng)的行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),并且相信通過制定并貫徹這些行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),必能為提高我國金剛石工具的性能及性能的穩(wěn)定性起到積極有效的作用。

我們期待此文在起到拋磚引玉作用的同時,更企盼業(yè)內(nèi)相關(guān)協(xié)學(xué)會組織及有識之士,能共同為促進(jìn)加速開展此項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化工作出謀劃策,作出努力。

[1] 張紹和,楊凱華.金剛石工具預(yù)合金胎體粉末制備技術(shù)[J].金剛石與磨料磨具工程,2001(2):26-29.

[2] 徐浩翔,麻洪秋,羅錫裕,趙同春.霧化預(yù)合金胎體粉末的制備及其在金剛石工具中的應(yīng)用[J].金剛石與磨料磨具工程,2004 (1):45-48.

[3] 肖俊玲,胡國程,丘定輝.金剛石工具鐵基結(jié)合劑的應(yīng)用及展望[J].湖南有色金屬,2002(1):29-31.

[4] 余勇,黃圣坤,曾歸余.金剛石工具用預(yù)合金粉末生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].金屬材料與冶金工程,2010(5):49-53.

[5] 董書山,周小彥,董小雷,江斌,侯俊彥.超硬材料制品用水霧化預(yù)合金粉末的進(jìn)展應(yīng)用及存在問題[J].超硬材料工程,2013 (6):47-52.

[6] 李偉,劉一波,時會彬,楊永波,董書山,劉曉旭.超硬材料工具用霧化預(yù)合金粉末的應(yīng)用特性及發(fā)展趨勢[C].2010海峽兩岸超硬材料技術(shù)發(fā)展論壇,會議論文:285-289.

[7] 程文耿.金剛石工具胎體合金特性的探討[J].超硬材料工程, 2011(3):31-34.

[8] 董書山,劉曉旭,胡占鋒,安文文.金屬粉末質(zhì)量控制對金剛石工具性能影響的探討(上)[J].超硬材料工程,2011(5):14-17.

[9] 董書山,劉曉旭,胡占鋒,安文文.金屬粉末質(zhì)量控制對金剛石工具性能影響的探討(下)[J].超硬材料工程,2011(6):29-32.

[10] 黃圣坤,余勇,曾歸余,肖明清.金剛石工具用FeCu30預(yù)合金粉末水霧化工藝的研究[C].2012年全國超硬材料技術(shù)發(fā)展論壇,會議論文,2012:192-194.

[11] 電解銅粉國家標(biāo)準(zhǔn).GB/T5240-2007,2007.11.

Thought of the Acceleration of Setting up an Industrial Quality Standard for Water Atomized Fe-Cu-base Prealloyed Powder

XIAO Ming-qing,YU Yong,ZENG Gui-yu,QIN Si-si
(Hunan Metallurgy Material Institute,Changsha,Hunan,China 410129)

The current development situation of Fe-Cu-base prealloyed powder in China has been briefly introduced in this article.The significance,feasibility and available conditions for the acceleration of setting up an industrial quality standard for water atomized Fe-Cubase prealloyed powder have also been introduced.Meanwhile,recommendations of the key technical conditions(Chemical composition,apparent density,particle size and its composition,morphology,etc),testing methods and inspection rules which should be included into the industrial quality standard have been proposed.

water atomization;prealloyed powder;industrial standard;diamond tools

TQ164

A

1673-1433(2015)06-0047-04

2015-06-25

肖明清,男,1973年生,高級工程師,長期從事金屬粉末的研發(fā)及應(yīng)用工作。

肖明清,余勇,曾歸余,等.加速制定水霧化鐵銅基預(yù)合金粉末質(zhì)量行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的思考[J].超硬材料工程,2015,27(6):47-50.