本發(fā)明屬于鉬鐵硼三元硼化物材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種高強(qiáng)度鉬鐵硼三元硼化物材料及其制作制備方法。
背景技術(shù)：
：隨著高新技術(shù)的不斷發(fā)展,對材料性能的要求愈來愈高。金屬陶瓷材料在高溫情況下具有強(qiáng)度高和良好的韌性和導(dǎo)熱性,但在高溫下抗氧化性較差,從而限制了其在高溫下的使用。由于陶瓷材料具有良好的高熔點(diǎn)、高硬度、高耐磨性和高抗腐蝕性能，其密度只有傳統(tǒng)硬質(zhì)合金的3/5，是種極具發(fā)展前景的硬質(zhì)材料，其中三元硼化物金屬陶瓷相的硬度高、斷裂韌性高、耐磨性高、耐腐蝕性好且熱膨脹系數(shù)與鋼相近,具有十分優(yōu)異的性能，是當(dāng)前研究的重點(diǎn)課題之一。目前,國外的三元硼化物基金屬陶瓷的硬度高達(dá)80～92hrc，抗彎強(qiáng)度達(dá)1000～2600mpa之間。國內(nèi)對三元硼化物的研究主要集中在三元硼化物基合金和表面耐磨陶瓷涂層。目前制備mo2feb2基耐磨涂層采用真空液相燒結(jié)法、固相反應(yīng)法、放電等離子燒結(jié)法或者氬弧熔覆法，將金屬陶瓷熔覆于金屬母材表面，從而獲得耐磨性高、耐腐蝕性好的產(chǎn)品，然而涂覆于復(fù)雜形狀的零部件表面受到限制。目前mo2feb2基金屬陶瓷的粉末制備一般采用球磨破碎，機(jī)械混合，燒結(jié)過程中產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而獲得三元硼化物基金屬陶瓷，機(jī)械球磨混合制粉方法存在勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，噪音大，周期長，粉末易氧化的缺點(diǎn)，磨球與球磨罐的磨損顆粒不可避免的混入合金粉末，對合金粉末的純度會產(chǎn)生一定的影響；且制粉過程中極易產(chǎn)生粉塵，重金屬粉塵對人體健康產(chǎn)生極大的傷害。機(jī)械球磨制粉得到的粉末是混合物，制坯時(shí)容易產(chǎn)生偏析，各種元素粉末分布不均勻，燒結(jié)成型后，將影響材料的連續(xù)性，易產(chǎn)生孔洞裂紋等缺陷，若是表面涂層，其結(jié)合強(qiáng)度較差。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對上述的不足，本發(fā)明目的之一在于，提供一種易于實(shí)現(xiàn)，高熔點(diǎn)、高硬度、高耐磨，耐腐蝕性好，綜合性能佳的高強(qiáng)度鉬鐵硼三元硼化物材料。本發(fā)明目的之二在于，提供一種制作上述高強(qiáng)度鉬鐵硼三元硼化物材料的制備方法，該制備方法的制作工藝簡易，易于實(shí)現(xiàn)，能快速生產(chǎn)出高強(qiáng)度鉬鐵硼三元硼化物材料，生產(chǎn)效率高。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案是：一種高強(qiáng)度鉬鐵硼三元硼化物材料，其特征在于，其的元素含量百分比為：硼(b)的含量為3～6%，鉬(mo)的含量為28～60%；鉻(cr)的含量為5～20%，鎳(ni)的含量為3～10%，碳(c)的含量為0.2～0.8%，釩(v)的含量為0.5～4%，鈮(nb)的含量為1～4%，鎢(w)的含量為0.3～8%，鈰(ce)的含量為0.1～1%，錳(mn)的含量為1～3%，鐵(fe)的含量為余量。一種上述高強(qiáng)度鉬鐵硼三元硼化物材料的制備方法，其包括以下步驟：（1）配料：各元素及其質(zhì)量百分比如下：其的元素含量百分比為：硼(b)的含量為3～6%，鉬(mo)的含量為28～60%；鉻(cr)的含量為5～20%，鎳(ni)的含量為3～10%，碳(c)的含量為0.2～0.8%，釩(v)的含量為0.5～4%，鈮(nb)的含量為1～4%，鎢(w)的含量為0.3～8%，鈰(ce)的含量為0.1～1%，錳(mn)的含量為1～3%，鐵(fe)的含量為余量；（2）熔煉：將上述配料放入真空熔煉或保護(hù)氣氛熔煉，熔煉時(shí)間為1.5～6h，熔煉溫度為1600～2000℃，在熔煉過程中生成了mo2feb2硬質(zhì)相，并通過磁力攪拌使其均勻化；（3）霧化：然后進(jìn)入氣霧化，氣霧化壓力2.5～10mpa，霧化過程中在高速高壓氣流的沖擊下，形成了包覆型的mo2feb2基三元硼化物金屬陶瓷粉末；或然后進(jìn)入水霧化作業(yè)，水霧化壓力10～25mpa，霧化過程中在高速高壓液流的沖擊下，形成了包覆型的mo2feb2基三元硼化物金屬陶瓷粉末；（4）分析：對上述mo2feb2基三元硼化物金屬陶瓷粉末進(jìn)行過篩和粒度分析；（5）熱等靜壓燒結(jié)：通過hip熱等靜壓燒結(jié)生成組織高度致密、高強(qiáng)度的mo2feb2基金屬陶瓷材料。所述步驟（5）具體包括以下步驟：（5.1）制作包套：依據(jù)所需材料的規(guī)格設(shè)計(jì)包套的結(jié)構(gòu)，包套經(jīng)過清洗、焊接、檢漏合格后方可使用；（5.2）裝粉振實(shí)：將檢測合格的包套進(jìn)行裝粉和振實(shí)，將粉末從抽空管裝入包套，并放在振動(dòng)臺上振動(dòng)，使粉末密實(shí)；粉末必須裝到抽空管下部，以確保裝滿；（5.3）包套抽真空：對裝滿粉末的包套進(jìn)行抽真空處理，真空壓力必須達(dá)10-4pa，然后燒紅抽空管后，立即夾扁夾斷抽空管使包套密封；（5.4）熱等靜壓燒結(jié)：將包套裝爐，并以3～12℃/min的速率加熱升溫，至燒結(jié)溫度達(dá)1100～1450℃，燒結(jié)壓力80～200mpa，保溫30～60min，然后隨爐冷卻；（5.5）后處理：出爐后做去應(yīng)力退火處理，去除包套后，即得到高致密性高強(qiáng)度的mo2feb2基金屬陶瓷。本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明提供高強(qiáng)度鉬鐵硼三元硼化物材料的配方設(shè)計(jì)科學(xué)、合理，mo2feb2基金屬陶瓷的基本成分分為硬質(zhì)相mo2feb2與粘結(jié)相fe，mo2feb2的晶體結(jié)構(gòu)為四方晶系，在液相燒結(jié)過程中晶粒發(fā)生不均勻性生長現(xiàn)象，并產(chǎn)生尖銳角，導(dǎo)致硬質(zhì)相晶粒與金屬粘結(jié)相的結(jié)合性較差，不利于金屬陶瓷強(qiáng)韌性的提高。為改善其綜合性能，適量加入w、cr、ni等元素。w、cr元素同時(shí)存在于硬質(zhì)相和粘結(jié)相中，在硬質(zhì)相中能改善mo2feb2基金屬陶瓷的組織結(jié)構(gòu)和性能；cr在粘結(jié)相中有利于提高合金的耐腐蝕性和粘結(jié)強(qiáng)度。ni元素存在于粘結(jié)相中，能改善粘結(jié)相的組織結(jié)構(gòu)，隨著ni元素含量的提高，粘結(jié)相分別為鐵素體、馬氏體和奧氏體。其中，鐵基粘結(jié)相為馬氏體時(shí)，金屬陶瓷具有較高的硬度，其耐磨性較好；當(dāng)鐵基粘結(jié)相為奧氏體時(shí)，金屬陶瓷具有較高的強(qiáng)韌性和耐腐蝕性。添加適量的ce、v、cr3c2、nb、ti等元素或合金，在燒結(jié)過程中能顯著抑制晶粒的長大，從而提高金屬陶瓷的強(qiáng)度。為降低mo2feb2基金屬陶瓷中的含氧量，添加適量c元素還原已氧化的粉末，在燒結(jié)過程中生成co排出。在粉末制備方面，以霧化制粉取代機(jī)械球磨制粉，避免了機(jī)械球磨制粉存在的不足，霧化制粉具有環(huán)境污染小、粉末球形度高、氧含量低以及冷卻速率大等優(yōu)點(diǎn)。由于霧化制粉得到的是包覆型的mo2feb2基金屬陶瓷粉末，在后續(xù)成型中減少了偏析的發(fā)生，提高了材料強(qiáng)韌性。在成型方面，機(jī)械球磨制粉多數(shù)基于表面涂層技術(shù)，在燒結(jié)過程中形成mo2feb2基金屬陶瓷，而整體材料為mo2feb2基金屬陶瓷的零部件很少。采用霧化制粉，不僅可采用常規(guī)燒結(jié)成型，得到mo2feb2基金屬陶瓷涂層；通過hip熱等靜壓燒結(jié)，獲得組織致密的高強(qiáng)度的mo2feb2基金屬陶瓷材料。通過不同的包套設(shè)計(jì)，燒結(jié)各種規(guī)格的型材或者坯料，拓展了mo2feb2基金屬陶瓷的應(yīng)用面。采用本發(fā)明制備的mo2feb2基金屬陶瓷材料，擁有高熔點(diǎn)、高硬度、高耐磨耐腐蝕性，可作為耐高溫材料、耐腐蝕材料、耐磨材料和超硬材料，綜合性能好。下面結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。具體實(shí)施方式實(shí)施例1：本實(shí)施例提供的一種高強(qiáng)度鉬鐵硼三元硼化物材料，其特征在于，其的元素含量百分比為：硼(b)的含量為3%，鉬(mo)的含量為50%；鉻(cr)的含量為20%，鎳(ni)的含量為3%，碳(c)的含量為0.4%，釩(v)的含量為4%，鈮(nb)的含量為1%，鎢(w)的含量為6%，鈰(ce)的含量為1%，錳(mn)的含量為1%，鐵(fe)的含量為10.6%。mo2feb2基金屬陶瓷的基本成分分為硬質(zhì)相mo2feb2與粘結(jié)相fe，mo2feb2的晶體結(jié)構(gòu)為四方晶系，在液相燒結(jié)過程中晶粒發(fā)生不均勻性生長現(xiàn)象，并產(chǎn)生尖銳角，導(dǎo)致硬質(zhì)相晶粒與金屬粘結(jié)相的結(jié)合性較差，不利于金屬陶瓷強(qiáng)韌性的提高。為改善其綜合性能，適量加入w、cr、ni等元素。w、cr元素同時(shí)存在于硬質(zhì)相和粘結(jié)相中，在硬質(zhì)相中能改善mo2feb2基金屬陶瓷的組織結(jié)構(gòu)和性能；cr在粘結(jié)相中有利于提高合金的耐腐蝕性和粘結(jié)強(qiáng)度。ni元素存在于粘結(jié)相中，能改善粘結(jié)相的組織結(jié)構(gòu)，隨著ni元素含量的提高，粘結(jié)相分別為鐵素體、馬氏體和奧氏體。其中，鐵基粘結(jié)相為馬氏體時(shí)，金屬陶瓷具有較高的硬度，其耐磨性較好；當(dāng)鐵基粘結(jié)相為奧氏體時(shí)，金屬陶瓷具有較高的強(qiáng)韌性和耐腐蝕性。添加適量的ce、v、cr3c2、nb、ti等元素或合金，在燒結(jié)過程中能顯著抑制晶粒的長大，從而提高金屬陶瓷的強(qiáng)度。為降低mo2feb2基金屬陶瓷中的含氧量，添加適量c元素還原已氧化的粉末，在燒結(jié)過程中生成co排出。一種上述高強(qiáng)度鉬鐵硼三元硼化物材料的制備方法，其包括以下步驟：（1）配料：各元素及其質(zhì)量百分比如下：其的元素含量百分比為：硼(b)的含量為3%，鉬(mo)的含量為50%；鉻(cr)的含量為20%，鎳(ni)的含量為3%，碳(c)的含量為0.4%，釩(v)的含量為4%，鈮(nb)的含量為1%，鎢(w)的含量為6%，鈰(ce)的含量為1%，錳(mn)的含量為1%，鐵(fe)的含量為10.6%；（2）熔煉：將上述配料放入真空熔煉或保護(hù)氣氛熔煉，熔煉時(shí)間為1.5～6h，熔煉溫度為1600～2000℃，在熔煉過程中生成了mo2feb2硬質(zhì)相，并通過磁力攪拌使其均勻化；（3）霧化：然后進(jìn)入氣霧化，氣霧化壓力2.5～10mpa，霧化過程中在高速高壓氣流的沖擊下，形成了包覆型的mo2feb2基三元硼化物金屬陶瓷粉末；或然后進(jìn)入水霧化作業(yè)，水霧化壓力10～25mpa，霧化過程中在高速高壓液流的沖擊下，形成了包覆型的mo2feb2基三元硼化物金屬陶瓷粉末；相對于水霧化，氣霧化冷卻速度稍慢，金屬液滴下落過程中凝固時(shí)間稍長，收縮更為充分，故氣霧化粉末較水霧化粉末的外觀及球形度更好，因此流動(dòng)性也更好；（4）分析：對上述mo2feb2基三元硼化物金屬陶瓷粉末進(jìn)行過篩和粒度分析；霧化過程中，氣(液)的壓力的大小，會直接影響到粉末的粒度和形狀。氣霧化工藝?yán)鋮s速度相對稍慢，金屬液滴下落過程中凝固收縮更為充分，因此粉末的球形度更好，粉末分布范圍更窄，流動(dòng)性更高，由于氣氛保護(hù)，其含氧量低達(dá)0.023%；水霧化工藝?yán)鋮s速度相對較快，其顆粒均勻性較氣霧化差，存在不規(guī)則的啞鈴裝顆粒，這些不規(guī)則顆粒使粉末的流動(dòng)性變差，其含氧量在0.15%左右。通過bt-9300st性激光粒度分析儀進(jìn)行粒度分析，表格1所列是霧化粉末的粒度分布。可見-500目的占比18.9%，+500/-270目的占比22.24%，+270/-80目的占比53.68%，+80目的占比5.18%。mo2feb2氣霧化粉末分布區(qū)間主要集中在+270/-80目，其平均粒度為63.62um，比表面積為61.04㎡/kg。表格1：mo2feb2基金屬陶瓷氣霧化粉末燒粒度分布（5）熱等靜壓燒結(jié)：通過hip熱等靜壓燒結(jié)生成組織高度致密、高強(qiáng)度的mo2feb2基金屬陶瓷材料。所述步驟（5）具體包括以下步驟：（5.1）制作包套：熱等靜壓包套對氣密性要求很高，在高溫高壓前必須實(shí)施嚴(yán)格的檢測。包套的結(jié)構(gòu)依據(jù)所需材料的規(guī)格設(shè)計(jì)，包套經(jīng)過清洗、焊接、檢漏合格后方可使用；（5.2）裝粉振實(shí)：將檢測合格的包套進(jìn)行裝粉和振實(shí)，將粉末從抽空管裝入包套，并放在振動(dòng)臺上振動(dòng)，使粉末密實(shí)；粉末必須裝到抽空管下部，以確保裝滿；（5.3）包套抽真空：對裝滿粉末的包套進(jìn)行抽真空處理，真空壓力必須達(dá)10-4pa，然后燒紅抽空管后，立即夾扁夾斷抽空管使包套密封；（5.4）熱等靜壓燒結(jié)：將包套裝爐，并以3～12℃/min的速率加熱升溫，至燒結(jié)溫度達(dá)1100～1450℃，燒結(jié)壓力80～200mpa，保溫30～60min，然后隨爐冷卻；（5.5）后處理：出爐后做去應(yīng)力退火處理，去除包套后，即得到高致密性高強(qiáng)度的mo2feb2基金屬陶瓷。（6）強(qiáng)度測試：通過本發(fā)明得到的mo2feb2基金屬陶瓷材料，拉伸強(qiáng)度達(dá)1200mpa，抗彎強(qiáng)度達(dá)3000mpa，扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度為1500mpa，均比常規(guī)燒結(jié)有大幅的提升。如下列表格所列。表2：材料強(qiáng)度檢測拉伸強(qiáng)度mpa抗彎強(qiáng)度mpa扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度mpa密度g/cm3常規(guī)燒結(jié)450-6001500-1800800-10008.0-8.1hip1000-12002400-30001200-15008.2-8.4實(shí)施例2：本實(shí)施例提供的一種高強(qiáng)度鉬鐵硼三元硼化物材料及其制作制備方法，其與實(shí)施例1基本相同，區(qū)別點(diǎn)在于各元素及其質(zhì)量百分比如下：硼(b)的含量為4%，鉬(mo)的含量為60%；鉻(cr)的含量為5%，鎳(ni)的含量為8%，碳(c)的含量為0.8%，釩(v)的含量為0.5%，鈮(nb)的含量為4%，鎢(w)的含量為0.3%，鈰(ce)的含量為0.1%，錳(mn)的含量為2%，鐵(fe)的含量為15.3%。實(shí)施例3：本實(shí)施例提供的一種高強(qiáng)度鉬鐵硼三元硼化物材料及其制作制備方法，其與實(shí)施例1基本相同，區(qū)別點(diǎn)在于各元素及其質(zhì)量百分比如下：硼(b)的含量為6%，鉬(mo)的含量為28%；鉻(cr)的含量為18%，鎳(ni)的含量為10%，碳(c)的含量為0.2%，釩(v)的含量為2%，鈮(nb)的含量為3%，鎢(w)的含量為8%，鈰(ce)的含量為0.6%，錳(mn)的含量為3%，鐵(fe)的含量為21.2%。實(shí)施例4：本實(shí)施例提供的一種高強(qiáng)度鉬鐵硼三元硼化物材料及其制作制備方法，其與實(shí)施例1基本相同，區(qū)別點(diǎn)在于各元素及其質(zhì)量百分比如下：硼(b)的含量為5%，鉬(mo)的含量為30%；鉻(cr)的含量為16%，鎳(ni)的含量為6%，碳(c)的含量為0.5%，釩(v)的含量為3%，鈮(nb)的含量為2%，鎢(w)的含量為2%，鈰(ce)的含量為0.2%，錳(mn)的含量為2.3%，鐵(fe)的含量為33%。實(shí)施例5：本實(shí)施例提供的一種高強(qiáng)度鉬鐵硼三元硼化物材料及其制作制備方法，其與實(shí)施例1基本相同，區(qū)別點(diǎn)在于各元素及其質(zhì)量百分比如下：硼(b)的含量為3.5%，鉬(mo)的含量為35%；鉻(cr)的含量為12%，鎳(ni)的含量為5%，碳(c)的含量為0.3%，釩(v)的含量為2.5%，鈮(nb)的含量為1.5%，鎢(w)的含量為3%，鈰(ce)的含量為0.3%，錳(mn)的含量為1.6%，鐵(fe)的含量為35.3%。上述實(shí)施例僅為本發(fā)明較好的實(shí)施方式，本發(fā)明不能一一列舉出全部的實(shí)施方式，凡采用上述實(shí)施例之一的技術(shù)方案，或根據(jù)上述實(shí)施例所做的等同變化，均在本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)。本發(fā)明提供的制備方法的制作工藝簡易，易于實(shí)現(xiàn)，能快速生產(chǎn)出高強(qiáng)度鉬鐵硼三元硼化物材料。在粉末制備方面，以霧化制粉取代機(jī)械球磨制粉，避免了機(jī)械球磨制粉存在的不足，霧化制粉具有環(huán)境污染小、粉末球形度高、氧含量低以及冷卻速率大等優(yōu)點(diǎn)。由于霧化制粉得到的是包覆型的mo2feb2基金屬陶瓷粉末，在后續(xù)成型中減少了偏析的發(fā)生，提高了材料強(qiáng)韌性。在成型方面，機(jī)械球磨制粉多數(shù)基于表面涂層技術(shù)，在燒結(jié)過程中形成mo2feb2基金屬陶瓷，而整體材料為mo2feb2基金屬陶瓷的零部件很少。采用霧化制粉，不僅可采用常規(guī)燒結(jié)成型，得到mo2feb2基金屬陶瓷涂層；通過hip熱等靜壓燒結(jié)，獲得組織致密的高強(qiáng)度的mo2feb2基金屬陶瓷材料。通過不同的包套設(shè)計(jì)，燒結(jié)各種規(guī)格的型材或者坯料，拓展了mo2feb2基金屬陶瓷的應(yīng)用面。采用本發(fā)明制備的mo2feb2基金屬陶瓷材料，擁有高熔點(diǎn)、高硬度、高耐磨耐腐蝕性，可作為耐高溫材料、耐腐蝕材料、耐磨材料和超硬材料，綜合性能好。根據(jù)上述說明書的揭示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對上述實(shí)施方式進(jìn)行變更和修改。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的具體實(shí)施方式，對本發(fā)明的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對本發(fā)明構(gòu)成任何限制。如本發(fā)明上述實(shí)施例所述，采用與其相同或相似制備方法及組分而得到的其它材料及其制作制備方法，均在本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁12