本發明屬于材料化學技術領域，尤其是涉及一種MoFeB基金屬陶瓷涂層的制備方法。
背景技術：
鋼鐵工業是我國國民經濟的基礎，而模具被稱為是工業發展的“基石”。隨著科學技術高速發展和模具工作環境的惡化，單純的金屬材料已經不能滿足模具行業的要求。模具的失效形式一般為塑性變形、磨損、斷裂或開裂、金屬疲勞及腐蝕等等。而其中磨損是模具失效損壞的主要形式。而從經濟效益以及能源資源利用率上考慮模具表面改性和表面強化是提高模具使用性能以及延長模具使用壽命的不二選擇。
三元硼化物基金屬陶瓷是一種性能優良的新型材料,有很大的發展潛力。三元硼化物基金屬陶瓷具有極高的強度、硬度、斷裂強度以及優良的耐熱性能和耐腐蝕性能，因此經常應用于注塑機械零件、銅的熱擠壓模具等高磨損的環境中。其中Mo2FeB2基金屬陶瓷既保持了陶瓷的高強度、高硬度、耐磨損、耐高溫、抗氧化和化學穩定性等特性，又具有較好的金屬韌性和可塑性，而且還可以與鋼基體可以產生良好的冶金結合，因此是模具表面改性的合適的材料選擇。
技術實現要素：
本發明的目的是為進一步提高Mo2FeB2基金屬陶瓷的綜合性能，即同時提高其硬度和韌性，以為模具鋼表面改性提供更好的材料選擇。通過在原料中添加適量單質Y粉末，Y的“稀土效應”可以有效降低Mo2FeB2基金屬陶瓷的晶粒大小，同時稀土元素活性大容易與雜質元素結合并排出以減少雜質含量以及缺陷的存在，從而從整體上提高Mo2FeB2基金屬陶瓷的硬度、韌性并改善其致密度以及孔隙率。
本發明的技術方案是：一種MoFeB基金屬陶瓷涂層的制備方法，包括以下步驟：
(1)按以下原料組成配料：Fe粉7.0-11.2份，FeB粉28.0-32.0份，Mo粉46.0-48.0份，Y粉1.0-2.0份，Cr粉2.0-3.0份，Ni粉2.0-4.0份，Mn粉2.0-4.0份，C粉1.0-2.0份；
(2)使用球磨機對步驟(1)的大顆粒原料進行粉碎與混合，在氬氣氣氛保護下干磨，隨后過篩過濾掉大顆粒粉料,其中：所述球磨機采用直徑為Ф5mm和Ф10mm的不銹鋼磨球，大球與小球的質量比為20-25:1，球料比是3-8:1，球磨轉速為200-300r/min，球 磨時間為18-22h；
(3)將步驟(2)所制備的混合原料粉末于放電等離子燒結爐中燒結，燒結制度為：常溫時，將粉末裝入模具放入SPS燒結爐中，經過放電等離子燒結，并保溫，然后隨爐冷卻至室溫；爐體內保持真空，其中：燒結升溫速率為：90-110℃/min，燒結溫度為900-1100℃，燒結壓力為25-35Mpa，保溫時間為5-15min；真空度控制≤8pa。
優選的，所述步驟(1)的原料純度均≥99.00％；
優選的，所述步驟(2)采用160目篩進行過濾；
優選的，所述步驟(2)的行星式球磨機采用直徑為Ф5mm或Ф10mm的不銹鋼磨球，大球與小球的質量比為24:1，球料比是5:1，球磨轉速為250r/min，球磨時間為20h；
優選的，所述步驟(3)的燒結制度：升溫速率為100℃/min；燒結溫度為1050℃；燒結壓力為30Mpa；保溫時間為10min；真空度控制≤6pa。
優選的，所述步驟(1)的配料比為：Fe粉10.1-11.1份，FeB粉28.0-3.9份，Mo粉46.0-47.0份，Y粉1.0-1.5份，Cr粉2-2.5份，Ni粉2.0-2.9份，Mn粉2.0-2.5份，C粉1.0-1.5份
本發明的另一方面，還包括一種由上述方法制得的MoFeB基金屬陶瓷涂層。
本發明的另一方面，還包括上述MoFeB基金屬陶瓷涂層在模具鋼表面的應用。
本發明具有的優點和積極效果是：
(1)所用FeB粉、Fe粉、Mo粉等原料都比較易得，可以有效的降低生產成本。
(2)通過有效添加單質Y粉，Y元素可以細化晶粒；形成金屬間化合物；形成氧化物等作用，這些改善了金屬陶瓷涂層的致密性和均勻性，并顯著提高了金屬陶瓷涂層的硬度、致密度和韌性等綜合性能。
具體實施方式
本發明采用的純Fe粉、FeB粉、Mo粉、Y粉以及Cr粉、Ni粉、Mn粉和C粉均為市售的化學純粉末試劑，配料后先于QM-3SP4型行星式球磨機中球磨20h，在氬氣氣氛保護下干磨，過篩；然后將粉末裝入模具放入SPS燒結爐中，經過放電等離子燒結，并保溫，然后隨爐冷卻至室溫；爐體內保持真空。
本發明的原理是通過添加適量Y粉，利用Y元素的“稀土效應”可以細化晶粒并改 善致密度和結孔隙率。通過添加Y粉，Mo2FeB2基金屬陶瓷的抗拉強度、硬度及致密度都有了顯著的提高或者改善。本發明為了使Mo2FeB2基金屬陶瓷出現最佳的綜合性能，所以添加適量的Cr粉、Ni粉、Mn粉，同時為了減少原料的氧化等，添加少量C粉。
對比實施例
以Fe粉12.1份，FeB粉30.9份，Mo粉48.0份，Cr粉2.5份，Ni粉2.9份，Mn粉2.5份，C粉1.0份進行配料，但不添加Y粉。將上述原料先于QM-3SP4型行星式球磨機中250r/min球磨20h，在氬氣氣氛保護下干磨，過篩；所制備的混合原料粉末于放電等離子(SPS)燒結爐中燒結。常溫時，將粉末裝入模具放入SPS燒結爐中，經過放電等離子燒結，并保溫，然后隨爐冷卻至室溫；過程中爐體內保持真空。燒結制度為：升溫速率為100℃/min；燒結溫度為1050℃；燒結壓力為30Mpa；保溫10min；真空度控制≤6pa。
實施例1
以Fe粉11.1份，FeB粉30.9份，Mo粉48.0份，Y粉1.0份，Cr粉2.5份，Ni粉2.9份，Mn粉2.5份，C粉1.0份進行配料。將上述原料先于QM-3SP4型行星式球磨機中250r/min球磨20h，在氬氣氣氛保護下干磨，過篩；所制備的混合原料粉末于放電等離子(SPS)燒結爐中燒結。常溫時，將粉末裝入模具放入SPS燒結爐中，經過放電等離子燒結，并保溫，然后隨爐冷卻至室溫；過程中爐體內保持真空。燒結制度為：升溫速率為100℃/min；燒結溫度為1050℃；燒結壓力為30Mpa；保溫10min；真空度控制≤6pa。
實施例2
以Fe粉10.1份，FeB粉30.9份，Mo粉48.0份，Y粉2.0份，Cr粉2.5份，Ni粉2.9份，Mn粉2.5份，C粉1.0份進行配料。將上述原料先于QM-3SP4型行星式球磨機中250r/min球磨20h，在氬氣氣氛保護下干磨，過篩；所制備的混合原料粉末于放電等離子(SPS)燒結爐中燒結。常溫時，將粉末裝入模具放入SPS燒結爐中，經過放電等離子燒結，并保溫，然后隨爐冷卻至室溫；過程中爐體內保持真空。燒結制度為：升溫速率為90℃/min；燒結溫度為900℃；燒結壓力為30Mpa；保溫10min；真空度控制≤6pa。
實施例3
以Fe粉7.0份，FeB粉32.0份，Mo粉46.0份，Y粉2.0份，Cr粉3.0份，Ni粉4.0份，Mn粉4.0份，C粉2.0份進行配料。將上述原料先于QM-3SP4型行星式球磨機中250r/min球磨20h，在氬氣氣氛保護下干磨，過篩；所制備的混合原料粉末于放電等離 子(SPS)燒結爐中燒結。常溫時，將粉末裝入模具放入SPS燒結爐中，經過放電等離子燒結，并保溫，然后隨爐冷卻至室溫；過程中爐體內保持真空。燒結制度為：升溫速率為110℃/min；燒結溫度為1100℃；燒結壓力為25Mpa；保溫5min；真空度控制≤8pa。
實施例4
以Fe粉11.2份，FeB粉28.0份，Mo粉47.0份，Y粉1.5份，Cr粉2.0份，Ni粉.02份，Mn粉2.0份，C粉1.5份進行配料。將上述原料先于QM-3SP4型行星式球磨機中250r/min球磨20h，在氬氣氣氛保護下干磨，過篩；所制備的混合原料粉末于放電等離子(SPS)燒結爐中燒結。常溫時，將粉末裝入模具放入SPS燒結爐中，經過放電等離子燒結，并保溫，然后隨爐冷卻至室溫；過程中爐體內保持真空。燒結制度為：升溫速率為100℃/min；燒結溫度為1050℃；燒結壓力為35Mpa；保溫15min；真空度控制≤6pa。
以上實施例均采用機械球磨方式使金屬粉末充分混合，然后進行放電等離子燒結(SPS)的一系列技術路線。
本發明采用MH—6型顯微硬度計來測定顯微硬度，加載載荷為100gf，加載停留時間為10s；采用SHIMADZUAUY120型專用天平，根據阿基米德排水法來測量試樣的致密度；采用型號為OLYMPUSGX51型金相顯微鏡根據ISO4505標準來確定試樣的孔隙率；采用型號WDW-20微控電子萬能試驗機進行拉伸測試，確定試樣的屈服強度和抗拉強度。
測量對比實施例與實施例1-4的Mo2FeB2基金屬陶瓷的表面維氏硬度，得到以下數據：在原料中沒有添加Y粉的Mo2FeB2基金屬陶瓷的對比實施例表面維氏硬度為1167HV，添加Y粉的Mo2FeB2基金屬陶瓷的實施例1-4表面維氏硬度的平均值達到了1726-1889HV。
測量對比實施例與實施例1-4的Mo2FeB2基金屬陶瓷的致密度，得到以下數據：對比實施例的致密度為7.49g/cm3；實施例1-4的致密度均值達到了7.90-8.23g/cm3。
測量對比實施例與實施例1-4的Mo2FeB2基金屬陶瓷的孔隙率，得到以下數據：對比實施例的孔隙率有5.45％，實施例1-4的孔隙率均值降低到2.90％-3.11％。
測量對比實施例與實施例1-4的Mo2FeB2基金屬陶瓷的屈服強度和拉伸強度，得到以下數據：對比實施例的屈服強度和拉伸強度分別為13.51和58.11Mpa，實施例1-4的屈服強度和拉伸強度均值分別22.15Mpa-23.75Mpa和114.86-116.32Mpa。
通過上述比較，充分證明了本發明了添加Y粉后的Mo2FeB2基金屬陶瓷的力學綜合性能得到了很大提高，而且性能比較優異。
以上對本發明的一個實施例進行了詳細說明，但所述內容僅為本發明的較佳實施例， 不能被認為用于限定本發明的實施范圍。凡依本發明申請范圍所作的均等變化與改進等，均應仍歸屬于本發明的專利涵蓋范圍之內。