專利名稱：一種Mo₂FeB₂基鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種Mo2FeB2基鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備技術(shù)，屬于結(jié)構(gòu)功能材料制備領(lǐng)域，為制備高性能Mo2FeB2基鋼結(jié)硬質(zhì)合金提供了一種產(chǎn)品性能穩(wěn)定，成本低，工藝可控，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的新技術(shù)。
背景技術(shù)：
硬質(zhì)合金中常用的硬質(zhì)相材料包括碳化物、氧化物、氮化物和硼化物。其中硼化物具有高熔點(diǎn)、高硬度、高耐磨性和高抗腐蝕性能，被視為較有發(fā)展前景的硬質(zhì)相材料。Mo2FeB2具有良好的耐磨性、耐腐蝕性和耐高溫性，以及高的導(dǎo)電率，在耐磨和耐蝕等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。與TiC相比，Mo2FeB2具有更好與鋼的潤濕性，更高的硬度。與WC相比，具有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，體積密度更小，價格便宜。Mo2FeBjK念最先由日本Ken-ichi Takagi提出，其采用硼化反應(yīng)燒結(jié)的方法，利用FeB、Mo、羰基鐵粉燒結(jié)過程中三種原料之間的硼化反應(yīng)原位合成Mo2FeB2，從而制備出Mo2FeB2金屬陶瓷。由于金屬陶瓷燒結(jié)過程中同時進(jìn)行著Mo2FeB2相的形成，因而原料的化學(xué)反應(yīng)程度對燒結(jié)溫度、反應(yīng)氣氛有著強(qiáng)烈敏感性，組織變化難以控制，制備出的Mo2FeB2金屬陶瓷性能極其不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種制備Mo2FeB2三元復(fù)合硼化物粉末的方法，制備出的Mo2FeB2純度較高，無雜質(zhì)相，易破碎或無需破碎。進(jìn)而采用Mo2FeB2三元復(fù)合硼化物粉末制備出低能耗、產(chǎn)品性能穩(wěn)定的高性能Mo2FeB2基鋼結(jié)硬質(zhì)合金。該技術(shù)首先是利用BN、羰基鐵、Mo真空燒結(jié)反應(yīng)制備純Mo2FeB2粉。以此#印2為硬質(zhì)相，鐵基合金粉為粘結(jié)相，經(jīng)混合、壓制、燒結(jié)后制得高性能的Mo2FeB2基鋼結(jié)硬質(zhì)合金。該技術(shù)關(guān)鍵在于Mo2FeB2硬度高，導(dǎo)電率高，具有良好的耐磨性、耐腐蝕性和耐高溫性，且與鋼基體的潤濕性良好，是一種比較有發(fā)展前途的硬質(zhì)相材料。與傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金相比，具有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和硬度，對于發(fā)展不含鎢、鈷等貴金屬材料具有重要的經(jīng)濟(jì)意義和戰(zhàn)略意義。能耗低，工藝可控，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化需求。本發(fā)明在傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金制備基礎(chǔ)上并結(jié)合Mo2FeB2優(yōu)異性能，采用BN、羰基鐵、Mo作為原料，先反應(yīng)燒結(jié)合成高純度Mo2FeB2粉，然后將其作為硬質(zhì)相，鐵基合金粉作為粘結(jié)相，制備Mo2FeB2基鋼結(jié)硬質(zhì)合金。具體技術(shù)工藝如下
(I)Mo2FeB2三元復(fù)合硼化物粉的制備采用BN、羰基鐵、Mo作為合成Mo2FeB2的反應(yīng)原料，分別占質(zhì)量分?jǐn)?shù)l(T20wt%、l(T20Wt%、6(T80Wt%，普通球磨機(jī)混合均勻，采用真空燒結(jié)，燒結(jié)溫度在120(Tl40(rC，最終經(jīng)破碎得到Mo2FeB2粉末。
(2)混合粉制備以Mo2FeB2粉末作為鋼結(jié)硬質(zhì)合金的硬質(zhì)相，鐵基合金粉為粘結(jié)相，采用普通球磨進(jìn)行混料，以丙酮為介質(zhì)，球磨時間1(T48 h，經(jīng)真空干燥60°C保溫Γ8h得到混合粉。(3)成形采用普通冷壓成形，以汽油橡膠為成形劑，添加量為每IOOg粉2(T30ml
汽油橡膠。(4)燒結(jié)采用真空脫膠-燒結(jié)一體化燒結(jié)工藝，燒結(jié)溫度在110(Tl20(rC，保溫時間O 30 min。本發(fā)明提出了 Mo2FeB2三元復(fù)合硼化物粉的制備及此#682基鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備方法，與傳統(tǒng)的制備工藝相比，其優(yōu)點(diǎn)在于
1、制備Mo2FeB2粉純度高，無雜質(zhì)相，易破碎或無需破碎。2、Mo2FeB2硬度高，導(dǎo)電率高，具有良好的耐磨性、耐腐蝕性和耐高溫性，且與鋼基體的潤濕性良好，是一種極具發(fā)展前景的鋼結(jié)硬質(zhì)合金的硬質(zhì)相材料。其組織易控制，力學(xué)性能優(yōu)異，性能穩(wěn)定。3、該鋼結(jié)硬質(zhì)合金的燒結(jié)溫度低，能耗低，適用于工業(yè)化需求。
具體實(shí)施例方式實(shí)施實(shí)例I :成分70wt%Mo2FeB2_5wt%Cr_3. 0wt% Ni_Fe 余量，Mo2FeB2 基鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備。I、稱取BN粉100g，羰基鐵粉100g、Mo粉300g，合計500g。放入滾動球磨機(jī)中干混4h。其中球料比為7:1。球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為70rad/min。2、混合后的粉末裝入陶瓷坩堝密封后放入真空爐中，加熱至1300°C保溫30min。加熱速度為7°C /min。然后爐冷至室溫。3、燒結(jié)后得到的Mo2FeB2粉經(jīng)高頻振動球磨機(jī)振動12h破碎至Ium左右。4、按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)70wt% Mo2FeB2_5wt%Cr_3. Owt%Ni_Fe余量配得原料粉末合計500go采用濕混的方式進(jìn)行滾動球磨混料。球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為70rad/min。其中球料比為7:1,球磨介質(zhì)為丙酮。丙酮用量剛好沒過球磨珠即可。球磨時間為48h.
5、混合均勻后的粉末在鼓風(fēng)干燥箱中烘干，干燥溫度為60°C。干燥后的粉末摻入汽油橡膠，其中汽油橡膠的用量100ml。混合均勻后用鼓風(fēng)干燥箱烘干，過60目的篩網(wǎng)造粒。6、采用單向壓機(jī)將造粒后的粉末壓制成5X5X35mm的矩形條還體。其壓力為280Mpa.
7、將壓制好的坯體放入真空燒結(jié)爐中燒結(jié)。其燒結(jié)溫度為1120°C，保溫20min。爐冷
至室溫。8、采用萬能試驗機(jī)測定硬質(zhì)合金的三點(diǎn)抗彎強(qiáng)度為2300Mpa，采用洛氏硬度儀測定合金的硬度為89HRA。實(shí)施實(shí)例2 :成分質(zhì)量分?jǐn)?shù) 30wt%Mo2FeB2_8wt%Cr_3. 0wt% Ni_Fe 余量,Mo2FeB2S鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備。I、稱取BN粉50g，羰基鐵粉50g、Mo粉400g，合計500g。放入滾動球磨機(jī)中干混4h。其中球料比為7:1。球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為70rad/min。2、混合后的粉末裝入陶瓷坩堝密封后放入真空爐中，加熱至1400°C保溫lOmin。加熱速度為7V /min。然后爐冷至室溫。3、燒結(jié)后得到的Mo2FeB2粉經(jīng)高頻振動球磨機(jī)振動12h破碎至Ium左右。4、按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)30wt% Mo2FeB2_8wt%Cr_3. Owt%Ni_Fe余量配得原料粉末合計500go采用濕混的方式進(jìn)行滾動球磨混料。球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為70rad/min。其中球料比為7:1,球磨介質(zhì)為丙酮。丙酮用量剛好沒過球磨珠即可。球磨時間為48h.
5、混合均勻后的粉末在鼓風(fēng)干燥箱中烘干，干燥溫度為60°C。干燥后的粉末摻入汽油橡膠，其中汽油橡膠的用量120ml。混合均勻后用鼓風(fēng)干燥箱烘干，過60目的篩網(wǎng)造粒。6、采用單向壓機(jī)將造粒后的粉末壓制成5X5X35mm的矩形條還體。其壓力為280Mpa.
7、將壓制好的坯體放入真空燒結(jié)爐中燒結(jié)。其燒結(jié)溫度為1100°C，保溫20min。爐冷
至室溫。8、采用萬能試驗機(jī)測定硬質(zhì)合金的三點(diǎn)抗彎強(qiáng)度為2000Mpa，采用洛氏硬度儀測定合金的硬度為76HRA。實(shí)施實(shí)例3 :成分質(zhì)量分?jǐn)?shù) 70wt%Mo2FeB2_3Cr_2. 0% V_3%ff_Fe 余量，Mo2FeB2 基鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備。I、稱取BN粉60g，羰基鐵粉70g、Mo粉370g，合計500g。放入滾動球磨機(jī)中干混4h。其中球料比為7:1。球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為70rad/min。2、混合后的粉末裝入陶瓷坩堝密封后放入真空爐中，加熱至1400°C保溫Omin。加熱速度為7°C /min。然后爐冷至室溫。3、燒結(jié)后得到的Mo2FeB2粉經(jīng)高頻振動球磨機(jī)振動12h破碎至Ium左右。4、按照 70wt% Mo2FeB2_3wt%Cr_2. Owt% V_3wt%ff_Fe 余量配得原料粉末合計 500g。采用濕混的方式進(jìn)行滾動球磨混料。球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為70rad/min。其中球料比為7:1,球磨介質(zhì)為丙酮。丙酮用量剛好沒過球磨珠即可。球磨時間為48h.
5、混合均勻后的粉末在鼓風(fēng)干燥箱中烘干，干燥溫度為60°C。干燥后的粉末摻入汽油橡膠，其中汽油橡膠的用量150ml。混合均勻后用鼓風(fēng)干燥箱烘干，過60目的篩網(wǎng)造粒。6、采用單向壓機(jī)將造粒后的粉末壓制成5X5X35mm的矩形條還體。其壓力為280Mpa.
7、將壓制好的坯體放入真空燒結(jié)爐中燒結(jié)。其燒結(jié)溫度為1140°C，保溫20min。爐冷
至室溫。8、采用萬能試驗機(jī)測定硬質(zhì)合金的三點(diǎn)抗彎強(qiáng)度為2600Mpa，采用洛氏硬度儀測定合金的硬度為84HRA。
權(quán)利要求
1.一種Mo2FeB2基鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備方法，其特征包括以下工藝步驟 (I)Mo2FeB2三元復(fù)合硼化物粉的制備采用BN、羰基鐵、Mo作為合成Mo2FeB2的反應(yīng)原料，分別占質(zhì)量分?jǐn)?shù)l(T20wt%、l(T20Wt%、6(T80Wt%，球磨機(jī)混合均勻，采用真空燒結(jié)，燒結(jié)溫度在120(Tl400°C，最終經(jīng)破碎得到Mo2FeB2粉末； (2)混合粉制備以Mo2FeB2粉末作為鋼結(jié)硬質(zhì)合金的硬質(zhì)相，鐵基合金粉為粘結(jié)相，采用普通球磨進(jìn)行混料，以丙酮為介質(zhì)，球磨時間1(T48 h，經(jīng)真空干燥60°C保溫Γ8 h得到混合粉； (3)成形以步驟2的混合粉為原料，以汽油橡膠為成形劑，采用普通冷壓成形，成形劑添加量為每IOOg混合粉2(T30ml汽油橡膠； (4)燒結(jié)采用真空脫膠-燒結(jié)一體化燒結(jié)工藝，燒結(jié)溫度在110(Tl20(rC，保溫時間O 30 min。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的Mo2FeB2基鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于Mo2FeB2H元復(fù)合硼化物粉末粒度在f 100 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的Mo2FeB2基鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于混合粉制備中Mo2FeB2粉末作為硬質(zhì)相的含量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2(T80 wt%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的Mo2FeB2基鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于粘結(jié)相鐵基合金粉為不銹鋼粉、高速鋼粉、高錳鋼粉、合金鋼粉或耐熱鋼粉。
全文摘要
一種Mo2FeB2基鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備方法，屬于結(jié)構(gòu)功能材料制備領(lǐng)域。本發(fā)明采用BN、羰基鐵、Mo作為反應(yīng)原料先制備出高純度的Mo2FeB2三元復(fù)合硼化物粉。用所制備的Mo2FeB2粉作為硬質(zhì)相，鐵基合金粉作為粘結(jié)相，制備Mo2FeB2基鋼結(jié)硬質(zhì)合金。其優(yōu)點(diǎn)在于(1)制備出Mo2FeB2粉純度高，無雜質(zhì)相，易破碎或無需破碎。(2)Mo2FeB2硬度高，導(dǎo)電率高，具有良好的耐磨性、耐腐蝕性和耐高溫性，且與鋼基體的潤濕性良好，其鋼結(jié)硬質(zhì)合金組織易控制，力學(xué)性能優(yōu)異，性能穩(wěn)定。(3)鋼結(jié)硬質(zhì)合金的燒結(jié)溫度低，能耗低，適用于工業(yè)化需求。
文檔編號C22C1/05GK102618769SQ20121009664
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月5日
發(fā)明者劉翔慶, 屈彥杰, 方哲成, 曾鮮, 石永亮, 郭志猛 申請人:北京科技大學(xué)