基金屬陶瓷的制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬陶瓷的制備技術(shù)，特別涉及一種由硬質(zhì)相(體積百分?jǐn)?shù)約為60% -80% )和粘結(jié)相組成的金屬陶瓷制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]Mo2NiB2基金屬陶瓷(由硬質(zhì)相Mo 2NiB#P粘結(jié)相Ni組成，其中硬質(zhì)相體積百分?jǐn)?shù)一般控制在60% -80%之間)具有優(yōu)異的綜合性能，在耐磨、耐蝕等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，如可用在高硬、耐磨蝕切割刀具、鉆頭、采礦機(jī)械等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)用Wo-WC硬質(zhì)合金相比，Mo2NiB2基金屬陶瓷具有明顯的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，因此，被認(rèn)為是Wo-WC硬質(zhì)合金的非常合適的替代材料。Mo2NiB2基金屬陶瓷在日本作為耐磨耐蝕部件，已成功應(yīng)用在注射成型機(jī)、銅的熱擠壓模、海水泵軸承等領(lǐng)域，而我國主要集中在如何將Mo2NiBJt為硬質(zhì)涂層在鋼基體方面，以及如何提高其性能方面也有諸多報(bào)道。目前主要是由于Mo2NiB2基金屬陶瓷制備成本較高、生產(chǎn)周期較長(zhǎng)、性能還不能達(dá)到國外如日本的水平，因此，嚴(yán)重制約了其推廣應(yīng)用。
[0003]近年來，在國外如日本東洋鋼鈑株式會(huì)社的研宄人員提出了一種“反應(yīng)硼化燒結(jié)”的方法，即以二元硼化物(如MoB、NiB、Ni2B等)和金屬粉體制備出了 Mo2NiB2基金屬陶瓷。該方法所采用的二元硼化物價(jià)格均較高，若能找到一種價(jià)格較低的硼化物來取代這幾種化合物，顯然對(duì)降低生產(chǎn)成本具有重要意義。
[0004]中國專利CN102191393A提出了一種采用Mo粉、Ni粉和B粉通過球磨混粉且成漿(加入無水乙醇或丙酮作為分散劑)，且通過干燥處理后在1150-1600°C下燒結(jié)而成的方法，明顯制備過程較長(zhǎng)。還有，該方法由于采用三組分金屬粉體進(jìn)行混合，顯然對(duì)粉體的混勻性要求較高，否則燒結(jié)而成Mo2NiB2基金屬陶瓷組織不均勻無法滿足其性能要求，另外，該方法燒結(jié)溫度較高，無疑會(huì)增加生產(chǎn)成本，限制其推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種生產(chǎn)周期短且工藝較簡(jiǎn)單的制備Mo2NiB2基金屬陶瓷的方法。
[0006]為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種Mo2NiB2S金屬陶瓷的制備工藝，其特征在于，包括下述步驟:
[0008](I)選用純度不低于99 %的Ni3B4粉和Mo粉為原料，按重量比Ni 3B4:Mo =(0.2-0.6): (0.8-0.4)，稱重后裝入球磨罐中并抽真空及充氬氣；
[0009](2)將球磨罐放入球磨機(jī)球磨時(shí)間3-7小時(shí)，取出混合粉體充填到金屬模具中，在10-30MPa下模壓成型；
[0010](3)將模壓成型的坯體放入真空燒結(jié)爐中進(jìn)行無壓燒結(jié)，真空度為KT1Pa,燒結(jié)溫度為710°C?1130°C，不作保溫處理，隨爐冷卻，得到Mo2NiB2基金屬陶瓷。
[0011]上述工藝中，所述Ni3B4粉和Mo粉的粒度均彡300 μ m。所述真空球磨的真空度為1-1Pa0所述無壓燒結(jié)的升溫速度為30°C -50°C /分鐘。
[0012]本發(fā)明制備Mo2NiB2金屬陶瓷的工藝過程簡(jiǎn)單，成本低廉；所制備的Mo2NiB2基金屬陶瓷主要力學(xué)性能指標(biāo)良好(最高抗彎強(qiáng)度達(dá)1870MPa，最高硬度達(dá)88.1HRA)?？梢杂糜谀p、腐蝕和磨蝕交互作用的嚴(yán)酷工況。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明實(shí)施例3所制得的Mo2NiB2基金屬陶瓷斷口形貌SEM照片。
【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)施例1
[0015]首先，原材料選擇Ni3B4粉(純度和粒度分別為:99%和300 μ m)和Mo粉(純度和粒度分別為:99%和300 μ m)，重量比控制在0.25:0.75，沒有加入過程控制劑，稱重后裝入不銹鋼球磨罐中并進(jìn)行抽真空(真空度為I(T1Pa)并充氬氣。
[0016]然后，將球磨罐放入球磨機(jī)中開機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，在球磨時(shí)間3小時(shí)，球磨完成之后隨罐體一同冷卻至室溫，打開罐體將Ni3B4粉和Mo粉混合體充填到金屬模具中，在1MPa下模壓成型。
[0017]最后，將模壓成型坯體放入石墨模具中并一同放入燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)是在真空燒結(jié)爐中進(jìn)行無壓燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)真空度為KT1Pa ;燒結(jié)爐的升溫速度為:30°C /分鐘；燒結(jié)溫度為:710°C，燒結(jié)完畢后隨燒結(jié)爐一同冷卻。取出燒結(jié)體即為Mo2NiB2基金屬陶瓷，對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試，抗彎強(qiáng)度達(dá)1321MPa，硬度為84.3HRA。燒結(jié)工序由于屬于液相反應(yīng)燒結(jié)，所以無需進(jìn)行保溫處理，若再進(jìn)行保溫處理，Mo2NiB2晶粒會(huì)明顯長(zhǎng)大從而惡化金屬陶瓷性能。
[0018]實(shí)施例2
[0019]工藝過程基本同實(shí)施例1，但工藝參數(shù)有所不同！Ni3B4粉粒度為150 μπι ;Mo粉粒度為150 μ m，重量比控制在0.5:0.5。
[0020]球磨時(shí)間7小時(shí)；模壓成型壓力30MPa。
[0021]無壓燒結(jié)升溫速度為50°C /分鐘；燒結(jié)溫度1130°C。本實(shí)施例制備的Mo2NiB2S金屬陶瓷抗彎強(qiáng)度達(dá)1870MPa，硬度為87.2HRA。
[0022]實(shí)施例3
[0023]工藝過程基本同實(shí)施例1，但工藝參數(shù)有所不同！Ni3B4粉粒度為250 μπι ;Mo粉粒度為100 μ m，重量比控制在0.4:0.6。
[0024]球磨時(shí)間5小時(shí)；模壓成型壓力20MPa。
[0025]無壓燒結(jié)升溫速度為40 °C /分鐘；燒結(jié)溫度1050 °C。本實(shí)施例制備的Mo2NiB2S金屬陶瓷抗彎強(qiáng)度達(dá)1546MPa，硬度為88.1HRA。其斷口形貌SEM照片如圖1所示。從圖中可看出，1102祖82與粘結(jié)相Ni之間結(jié)合良好，且部分Mo 2NiB-aB界呈近球形狀，對(duì)于降低應(yīng)力集中現(xiàn)象是有益的，從而可提高其強(qiáng)度和韌性指標(biāo)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種Mo 2附132基金屬陶瓷的制備工藝，其特征在于，包括下述步驟: (1)選用純度不低于99%的Ni3B4粉和Mo粉為原料，按重量比Ni3B4:Mo = (0.2-0.6):(0.8-0.4)，稱重后裝入球磨罐中并抽真空及充氬氣； (2)將球磨罐放入球磨機(jī)球磨時(shí)間3-7小時(shí)，取出混合粉體充填到金屬模具中，在10-30MPa下模壓成型； (3)將模壓成型的坯體放入真空燒結(jié)爐中進(jìn)行無壓燒結(jié)，真空度為KT1Pa,燒結(jié)溫度為710°C?1130°C，不作保溫處理，隨爐冷卻，得到Mo2NiB2基金屬陶瓷。
2.如權(quán)利要求1所述的Mo2NiB2基金屬陶瓷的制備工藝，其特征在于，所述Ni 3B4粉和Mo粉的粒度均< 300 μ m。
3.如權(quán)利要求1所述的Mo2NiB2S金屬陶瓷的制備工藝，其特征在于，所述真空球磨的真空度為KT1Pac
4.如權(quán)利要求1所述的Mo2NiB2S金屬陶瓷的制備工藝，其特征在于，所述無壓燒結(jié)的升溫速度為30°C -50°C /分鐘。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Mo2NiB2基金屬陶瓷的制備工藝，首先選擇高純Ni3B4粉和Mo粉為原料，重量比控制在(0.2-0.6)∶(0.8-0.4)，稱重后真空球磨3-7小時(shí)，然后將混合粉體充填到金屬模具中模壓成型，最后，將模壓成型坯體放入石墨模具于真空燒結(jié)爐中進(jìn)行無壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為710℃～1130℃，無需進(jìn)行保溫處理，燒結(jié)完畢后隨燒結(jié)爐一同冷卻。本發(fā)明工藝過程簡(jiǎn)單，所制備的Mo2NiB2金屬陶瓷主要力學(xué)性能指標(biāo)良好，可以用于磨損、腐蝕和磨蝕交互作用的嚴(yán)酷工況。
【IPC分類】C22C29-14, C22C1-05
【公開號(hào)】CN104532041
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410771735
【發(fā)明人】皇志富, 張磊, 邢建東, 高義民
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月12日