本发明属于预合金粉烧结的，具体涉及一种电热力多物理场快速烧结超细铁铜镍预合金粉的方法。
背景技术：
1、在金刚石工具行业中，传统的金刚石金属工具所用到的胎体粉末是由各种单质粉末经过球磨机等设备机械混合而来，这种方法存在一些缺点：在球磨机混合各种粉末的过程中，由于各种粉末之间的粒度、密度不同，存在混合不均导致成分偏析和聚集的现象；由于金刚石在高温下易发生石墨化，制作金刚石工具往往不能采用过高的温度，但金属粉末的烧结温度较高，较低的温度会使金属粉末的合金化程度不足，导致金刚石工具的把持力和使用寿命降低；传统金刚石工具的制作工序复杂，烧结时间长，能耗高。
2、预合金粉是上世纪80年代发展而来的技术，它是根据一定的成分配比，再通过雾化法、湿法冶金法等方法制备而来的胎体粉末。相比于传统胎体粉末，预合金粉胎体粉末拥有更高的硬度、韧性、强度和耐磨性，组分更加均匀，合金化的粉末拥有更低的熔点，烧结温度更低。
3、目前，预合金粉产业已经趋于完善，相关产品的生产已经标准化。但是已有的烧结技术如热压烧结、微波烧结、激光烧结等，还存在着工艺复杂，烧结时间长，能耗高等缺点，这严重影响了生产效率，增大了生产成本。
技术实现思路
1、本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种电热力多物理场快速烧结超细铁铜镍预合金粉的方法，以解决现有预合金粉烧结技术存在着工艺复杂，烧结时间长，能耗高等缺点的问题。
2、为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
3、一种电热力多物理场快速烧结超细铁铜镍预合金粉的方法，其包括以下步骤：
4、s1、根据待烧结的目标零件体积计算超细铁铜镍预合金粉质量；
5、s2、将称量好的超细铁铜镍预合金粉装填至石墨模具中；
6、s3、将石墨模具固定于电热力多物理场烧结实验机中；
7、s4、设置电热力多物理场烧结实验机的加载参数，并根据该加载参数对石墨模具中的超细铁铜镍预合金粉进行预烧结处理；
8、s5、完成预烧结处理后，再次设置电热力多物理场烧结实验机的加载参数，并根据再次设置的加载参数对石墨模具中的超细铁铜镍预合金粉进行烧结处理；
9、s6、完成烧结处理后，待烧结好的目标零件降温至50℃以下时，将目标零件从石墨模具中取出；
10、s7、基于目标零件的密度和洛氏硬度，对目标零件进行性能测试。
11、进一步地，s1中超细铁铜镍预合金粉密度为8.15g/cm3，中值粒径d50为5μm，铁铜镍质量比为7:2:1。
12、进一步地，s2中石墨模具包括左凸模、右凸模和凹模；所述左凸模和右凸模均分别包括压力推杆和端盖；所述压力推杆包括圆锥形部分和圆柱形部分；所述圆锥形部分的尖端和圆柱形部分的一端固定连接；所述圆锥形部分的底端与端盖固定连接；所述压力推杆的圆锥形部分和端盖之间设置有45°的倒角；所述凹模为中空的柱状结构，中空的柱状结构的两端设有45°的倒角；两根所述压力推杆分别嵌入凹模的两端，且两根压力推杆和凹模之间形成用于装填超细铁铜镍预合金粉的型腔。
13、进一步地，s3中采用电热力多物理场烧结实验机上的夹具固定石墨模具两端的端盖，并通过两端的端盖对超细铁铜镍预合金粉施加电场、力场和温度场。
14、进一步地，s4中对石墨模具中的超细铁铜镍预合金粉进行预烧结处理，包括：
15、设置真空度小于0.01pa，对石墨模具两端的端盖施加3mpa的压力，同时施加50hz、2v的交变电场，升温到600℃后保温20s。
16、进一步地，s5中对石墨模具中的超细铁铜镍预合金粉进行烧结处理，包括：
17、增大石墨模具两端端盖的压力至5～9mpa，设置升温速率20℃/s，将温度从600℃提升到800～900℃时，在石墨模具两端施加5v的交变电场，保温360～600s。
18、进一步地，s5中石墨模具两端端盖的压力为5mpa、7mpa或者9mpa；
19、温度提升到800℃、850℃或者900℃；
20、保温时间为360s、480s或者600s。
21、进一步地，s6具体包括：
22、当烧结好的目标零件保温结束后，以5℃/s的速率降至室温后，将烧结的目标零件从石墨模具中取出。
23、进一步地，s7中对目标零件进行性能测试，包括：
24、计算目标零件的密度，根据计算得到的目标零件的密度与理论密度进行比较，进而对目标零件进行性能测试；
25、采用显微硬度计测量目标零件表面的洛氏硬度，并在目标零件上施加0.2kgf的载荷；利用jeol l型扫描电子显微镜观察目标零件的表面状态。
26、进一步地，s7中计算目标零件的密度，包括：
27、
28、其中，ρ样品为目标零件在空气中的密度，m空气中质量为目标零件在空气中的质量，m蒸馏水中质量为目标零件在蒸馏水中的质量，ρ蒸馏水为目标零件在蒸馏水中的密度。
29、本发明提供的电热力多物理场快速烧结超细铁铜镍预合金粉的方法，具有以下有益效果：
30、1、本发明技术将交变电场、热力学温度场以及力场等多个物理场耦合起来作用于超细铁铜镍预合金粉末的烧结过程，使烧结所需要的温度更低、烧结时间更短，同时在烧结过程中无需添加烧结助剂就能完成烧结，并且烧结出的产品有着更高的致密度以及更好的性能。
31、2、本发明交变电流流经模具与粉末时，产生的电流焦耳热效应使模具和预合金粉末的温度攀升，原本较为松散的粉末颗粒受到热胀冷缩的作用，粉末之间的间隙变小；在压力的作用下，预合金粉末颗粒发生塑性变形，并产生相对滑移现象，进一步填充孔隙；在交变电流的作用下，粉末颗粒之间产生电热聚集现象，加速粉末的致密化；温度升高到一定程度时，粉末颗粒表面区域熔融形成微区液相，从而使粉末颗粒产生冶金结合。
32、3、产品性能优良：经过电-热-力多物理场耦合烧结工艺制备的超细铁铜镍预合金粉产品致密度高，硬度高，表面状态致密、孔隙少。
33、4、工况条件简单：本发明提出的电-热-力多物理场耦合烧结工艺只需要能提供稳定一定真空度、交变电场、压力和升温速率的设备，无需其他工序和特殊设备，该方法工序简单、效率高、能耗低、成本低，相比于传统粉末冶金具有较大的优势。
34、5、烧结时间短，烧结温度低：相比于传统的粉末冶金，本发明加入电场来辅助烧结过程，在焦耳热效应和电热聚集效应的作用下，升温时间明显缩短，加速了烧结过程粉末的轴向收缩，粉末之间更加致密，大大缩短了烧结时间，降低了烧结温度。
35、6、环境友好：烧结过程不会产生废气、废水、废渣，不会对环境造成污染，是一种绿色清洁高效的烧结工艺。
36、7、本发明采用先对超细铁铜镍预合金粉进行预烧结处理，再基于预烧结处理的工艺参数进行正式的烧结处理，其目的在于：减少烧结时间，降低能耗，提高烧结样品的致密度；预烧结为正式烧结创造了一定的初始温度条件和粉末表面状态，使烧结更加顺利进行。预烧结阶段，粉末之间的间隙较大，此时粉末间的电阻也较大，在电场作用下产生大量焦耳热，升温时间显著减少，较高的升温速率有助于快速达到烧结温度，提高成形效率；在压力的作用下，粉末发生弹塑性变形，粉末之间的接触由点接触变为面接触，粉末之间的间隙迅速缩小，致密度迅速提高。在正式烧结阶段，预烧结阶段的高温条件使粉末软化发生塑性变形和局部液化，接触面积进一步提高，在压力场、电热聚集效应、颗粒表面张力等的作用下，液相金属迅速填充到互相接触粉末的孔隙中，液相金属凝固后，粉末颗粒之间的接触面消失，形成烧结颈，实现冶金结合，烧结样品的致密度也得到进一步提高。
1.一种电热力多物理场快速烧结超细铁铜镍预合金粉的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的电热力多物理场快速烧结超细铁铜镍预合金粉的方法，其特征在于：所述s1中超细铁铜镍预合金粉密度为8.15g/cm3，中值粒径d50为5μm，铁铜镍质量比为7:2:1。
3.根据权利要求1所述的电热力多物理场快速烧结超细铁铜镍预合金粉的方法，其特征在于：所述s2中石墨模具包括左凸模、右凸模和凹模；所述左凸模和右凸模均分别包括压力推杆和端盖；所述压力推杆包括圆锥形部分和圆柱形部分；所述圆锥形部分的尖端和圆柱形部分的一端固定连接；所述圆锥形部分的底端与端盖固定连接；所述压力推杆的圆锥形部分和端盖之间设置有45°的倒角；所述凹模为中空的柱状结构，中空的柱状结构的两端设有45°的倒角；两根所述压力推杆分别嵌入凹模的两端，且两根压力推杆和凹模之间形成用于装填超细铁铜镍预合金粉的型腔。
4.根据权利要求1所述的电热力多物理场快速烧结超细铁铜镍预合金粉的方法，其特征在于：所述s3中采用电热力多物理场烧结实验机上的夹具固定石墨模具两端的端盖，并通过两端的端盖对超细铁铜镍预合金粉施加电场、力场和温度场。
5.根据权利要求1所述的电热力多物理场快速烧结超细铁铜镍预合金粉的方法，其特征在于，所述s4中对石墨模具中的超细铁铜镍预合金粉进行预烧结处理，包括：
6.根据权利要求1所述的电热力多物理场快速烧结超细铁铜镍预合金粉的方法，其特征在于，所述s5中对石墨模具中的超细铁铜镍预合金粉进行烧结处理，包括：
7.根据权利要求6所述的电热力多物理场快速烧结超细铁铜镍预合金粉的方法，其特征在于：所述s5中石墨模具两端端盖的压力为5mpa、7mpa或者9mpa；
8.根据权利要求1所述的电热力多物理场快速烧结超细铁铜镍预合金粉的方法，其特征在于，所述s6具体包括：
9.根据权利要求1所述的电热力多物理场快速烧结超细铁铜镍预合金粉的方法，其特征在于，所述s7中对目标零件进行性能测试，包括：
10.根据权利要求9所述的电热力多物理场快速烧结超细铁铜镍预合金粉的方法，其特征在于，所述s7中计算目标零件的密度，包括：
