一种具有核壳结构的复合粉末及其制备方法与应用

本发明涉及冶金，具体而言，涉及一种具有核壳结构的复合粉末及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着科技和社会的发展，对超硬工具服役性能尤其是加工效率的要求越来越高。因此，在超硬工具的胎体中引入孔隙，有利于减少与工件接触时的热量和摩擦力，从而减轻超硬工具的负荷，延长其使用寿命。

2、例如，在金刚石工具的胎体中合理地引入孔隙，增加了容屑空间和冷却效果，更充分地发挥了金刚石磨粒的磨削功能，已成为提升金刚石工具服役性能的一种重要手段。但是，随着孔隙率增加，容屑和冷却效果随之增加，工具的力学性能却相应降低。当孔隙率增加到一定程度，不仅工具的使用范围受限，而且反过来降低了工具的服役性能。因此，需要在保证高孔隙率的同时，尽可能降低其对工具力学性能的损害。

3、在胎体中引入孔隙的方法主要有低压烧结法和造孔剂法。低压烧结法的历史可以追溯至1991年。田中武思先采用电镀法在金刚石表面包覆一层ni-cu-sn金属层，然后经冷压成形和真空烧结制备多孔金刚石工具。金属包覆层在烧结过程中发生熔融，随后在冷却过程中凝固于相邻的金刚石之间，形成结合桥，将不同的金刚石颗粒连接在一起。后来tomino等在烧结压强为10mpa这一较低的热压压强下，通过控制热压烧结温度(640～800℃)，制备了孔隙率为20％～35％的铸铁基多空金刚石砂轮。造孔剂法是利用造孔剂在胎体内部生成孔隙的方法。目前，造孔剂主要分为3类，第1类造孔剂主要为盐类，经溶液溶解可形成孔隙；第2类造孔剂主要为有机物或金属氢化物，在高温时会分解或挥发，从而形成孔隙；第3类造孔剂通常为耐高温的占位型造孔剂，其在高温烧结过程中不发生变化，在使用时发生破碎或脱落，从而在胎体中形成占位孔。相比于造孔剂法，低压烧结法制备的多孔金刚石工具不仅孔隙率偏低，而且强度损失率也更大，约是造孔剂法的2～24倍，因此，造孔剂法的应用更为广泛。

4、目前，强度损失较小的第3类造孔剂中，常用的空心型造孔剂如sio2、al2o3空心球不仅价格较高、尺寸较大(≥100μm)，而且在制备超硬工具的冷压成形阶段容易破碎而导致造孔效果较差。

5、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有核壳结构的复合粉末及其制备方法与应用，以改善上述技术问题。

2、本发明是这样实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种具有核壳结构的复合粉末，其包括金属实心内核和包覆于所述金属实心内核表面上的氧化铝包覆层。

4、第二方面，本发明还提供了上述具有核壳结构的复合粉末的制备方法，其包括：通过选择性氧化反应形成具有所述金属实心内核和所述氧化铝包覆层的核壳结构粉末。

5、第三方面，本发明还提供了上述具有核壳结构的复合粉末作为占位型造孔剂的应用。

6、第四方面，本发明还提供了一种超硬工具，其胎体中含有上述具有核壳结构的复合粉末。

7、本发明具有以下有益效果：该具有核壳结构的复合粉末，其外层的氧化铝包覆层具有和现有的氧化铝空球相同的特性，即与金属胎体例如fe/cu等结合界面强度低，使用过程中易脱落，造孔效果好；同时该具有核壳结构的复合粉末为实心粉末，在冷压过程中不易发生破碎和塌陷，因此，后期脱落形成的孔隙结构比较规整，造孔效果更佳。此外，通过选择性氧化反应制备实心粉末，不仅工艺简单、成本低廉，可更好控制其球形度、粒径大小(例如小于100μm)，使得以该具有核壳结构的复合粉末为占位型造孔剂的超硬工具在具有较佳孔隙结构的情况下，还具有较高的力学性能。

技术特征：

1.一种具有核壳结构的复合粉末，其特征在于，其包括金属实心内核和包覆于所述金属实心内核表面上的氧化铝包覆层。

2.根据权利要求1所述的一种具有核壳结构的复合粉末，其特征在于，所述复合粉末的粒径小于或等于150μm；

3.根据权利要求1或2所述的一种具有核壳结构的复合粉末，其特征在于，所述金属实心内核为铜合金内核。

4.如权利要求1～3任一项所述的一种具有核壳结构的复合粉末的制备方法，其特征在于，其包括：通过选择性氧化反应形成具有所述金属实心内核和所述氧化铝包覆层的核壳结构粉末。

5.根据权利要求4所述的一种具有核壳结构的复合粉末的制备方法，其特征在于，其包括：采用氧化剂对铜铝合金粉进行氧化，使得所述铜铝合金粉中的溶质al原子向粉末颗粒表面聚集，并优先与氧化剂发生氧化反应，转化为表面具有氧化铝包覆层的核壳结构粉末。

6.根据权利要求5所述的一种具有核壳结构的复合粉末的制备方法，其特征在于，采用氧化剂对铜铝合金粉进行氧化包括：将含有所述铜铝合金粉和粉末状的所述氧化剂的均匀混合物在700℃～900℃的温度下进行反应；

7.根据权利要求6所述的一种具有核壳结构的复合粉末的制备方法，其特征在于，所述铜铝合金粉中的铝含量为0.5wt％～2wt％时，所述氧化剂的氧源系数为0.8～1.0，进行氧化的温度为700℃～850℃；所述铜铝合金粉中的铝含量为大于2wt％时，所述氧化剂的氧源系数为0.8～1.3，进行氧化的温度为800℃～900℃。

8.如权利要求1～3任一项所述的一种具有核壳结构的复合粉末作为占位型造孔剂的应用。

9.一种超硬工具，其特征在于，其胎体中含有如权利要求1～3任一项所述的具有核壳结构的复合粉末。

10.根据权利要求9所述的超硬工具，其特征在于，所述超硬工具为金刚石工具或cbn工具；

技术总结
本发明公开了一种具有核壳结构的复合粉末及其制备方法与应用。该复合粉末包括金属实心内核和包覆于金属实心内核表面上的氧化铝包覆层。通过选择性氧化反应制备的具有金属实心内核和氧化铝包覆层的核壳结构粉末，具有球形度高、粒径可控、工艺简单、成本低等优势。而且，该复合粉末外层的氧化铝包覆层与金属胎体例如Fe/Cu等结合界面强度低，使用过程中复合粉末颗粒易整体脱落；同时具有核壳结构的复合粉末为实心粉末，在冷压过程中不易发生破碎，因此，该具有核壳结构的复合粉末为占位型造孔剂用于超硬工具，具有造孔效果好、工具力学性能高等优势。

技术研发人员：陈峰,闫志巧,杨莉,刘庭伟
受保护的技术使用者：广东省科学院新材料研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15