CN101082091B - 一种三元硼化物金属陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种三元硼化物金属陶瓷材料及其制备方法。其方案是将15～25wt％的FeB、60～70wt％的FeMo、1～5wt％的Ni、1～10wt％的Cr、0.5～1.5wt％的C和0～1wt％的CeO粉末混合；制备工艺是：或外加上述混和料40～60wt％的无水乙醇进行细磨混和，再外加上述混和料3～10％的液体石蜡为粘结剂进行细磨混和，过400目筛后干燥压坯和烧结；或外加上述混和料41.1～70.5wt％的有机添加剂进行细磨混和，料浆过400目筛后涂刷或流延在钢制品的表面，然后干燥和烧结。本发明用FeMo、FeB代替纯的Mo、Fe，使制备此种材料的成本降低，且其具有很好的耐磨性、耐腐蚀性和抗高温性。
Description
技术领域
本发明属于金属陶瓷复合材料技术领域。具体涉及一种三元硼化物金属陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
不含钨、钴等贵金属的三元硼化物金属陶瓷复合材料以其优良的耐磨、耐蚀、耐热性而具有重要的使用价值和战略意义。研究表明，三元硼化物Mo2FeB2金属陶瓷具有硬度高、抗弯强度高、断裂韧性高、耐蚀性好、密度低以及与钢的热膨胀系数相近等一系列优良的性能。新型高性能三元硼化物Mo2FeB2金属陶瓷复合材料，可部分代替目前大量使用的WC-Co硬质合金，广泛应用于高温、腐蚀、磨损等苛刻的服役条件之下，在机械、冶金、汽车、石化、矿山等行业具有广阔的应用前景。如公开的“三元硼化物基金属陶瓷覆层材料及其制备工艺”(CN 02135931.8)专利技术，采用料浆制备工艺、坯体成型工艺和液相烧结工艺在金属基体表面制备三元硼化物基金属陶瓷覆层材料；“反应烧结法制备高速钢表面三元硼化物金属陶瓷覆层的工艺”(CN 200410013074.5)专利技术，采用水玻璃为粘结剂，调制粉末涂敷在高速钢的表面，烧结后获得与高速钢基体牢固结合的三元硼化物金属陶瓷覆层；它们采用的原料都是纯的Mo粉、Fe粉，但由于近年来用于制备三元硼化物金属陶瓷复合材料的原材料大幅度涨价，特别是主要成份Mo的价格已经翻了几倍，不利于此种材料的应用推广。
发明内容
本发明的目的是提供一种成本低、工艺简单的三元硼化物金属陶瓷材料及其制备方法。该方法所制备的材料适用于耐磨损、耐腐蚀、抗高温且同时对韧性、抗弯强度等性能要求较高的零件。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：将15～25wt％的FeB、60～70wt％的FeMo、1～5wt％的Ni、1～10wt％的Cr、0.5～1.5wt％的C和0～1wt％的CeO粉末混合，制备工艺是：
——或外加上述混和料40～60wt％的无水乙醇进行细磨混和，再外加上述混和料3～10％的液体石蜡为粘结剂进行细磨混和，过400目筛后干燥压坯和烧结。
——或外加上述混和料41.1～70.5wt％的有机添加剂进行细磨混和，料浆过400目筛后涂刷或流延在钢制品的表面，然后干燥和烧结。
烧结是在真空炉中进行液相烧结，烧结时真空炉的真空度为1.0×10-1Pa～1.0×10-3Pa，烧结温度为1200℃～1280℃，保温时间为10～30分钟。
所述的有机添加剂为聚乙烯醇缩丁醛、三油酸甘油酯和无水乙醇的混和剂；其中，聚乙烯醇缩丁醛为混和料的1～10wt％，三油酸甘油酯为混和料的0.1～0.5wt％，无水乙醇为混和料的40～60wt％。
由于采用上述技术方案，本发明用钼铁FeMo、硼铁FeB代替纯Mo粉、Fe粉，不仅大幅度地降低了此种材料的制备成本，且可获得与采用纯Mo粉、Fe粉制备的三元硼化物金属陶瓷材料相同或相近的性能。另外，由于本发明的烧结温度较低，可使制备工艺简单且成本降低，本发明所制备的三元硼化物金属陶瓷材料生产成本约为用纯Mo粉、Fe粉制备的三元硼化物金属陶瓷材料生产成本的60％。故本发明所制备的材料成本低、工艺简单，该方法所制备的材料适用于耐磨损、耐腐蚀、抗高温且同时对韧性、抗弯强度等性能要求较高的零件。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述：
实施例1：一种三元硼化物金属陶瓷材料及其制备方法：将15～18wt％的FeB、68～70wt％的FeMo、4～5wt％的Ni、9～10wt％的Cr和0.9～1.5wt％的C粉末混合。制备工艺是：先外加上述混和料48wt％的无水乙醇，经球磨机球磨12～24小时；再外加上述混和料8～10％的液体石蜡为粘结剂经球磨机球磨2小时，过400目筛后干燥压坯，置于表面光洁的氧化铝陶瓷平板上；然后在真空炉中进行液相烧结，烧结时真空炉的真空度为1.0×10-1Pa～1.0×10- 2Pa，烧结温度为1200℃～1280℃，保温时间为10～20分钟，烧结后获得三元硼化物金属陶瓷。
实施例2：一种三元硼化物金属陶瓷材料及其制备方法：将18～23wt％的FeB、63～67wt％的FeMo、3～4wt％的Ni、9～10wt％的Cr、0.7～0.9wt％的C和0.6～0.8的CeO粉末混合。制备工艺是：先外加上述混和料50wt％的无水乙醇，经球磨机球磨12～24小时；再外加上述混和料5～8％的液体石蜡为粘结剂经球磨机球磨2小时，过400目筛后干燥压坯，置于表面光洁的氧化铝陶瓷平板上；然后在真空炉中进行液相烧结，烧结时真空炉的真空度为1.0×10-2Pa～1.0×10-3Pa，烧结温度为1200℃～1260℃，保温时间为10～20分钟，烧结后获得三元硼化物金属陶瓷。
实施例3：一种三元硼化物金属陶瓷材料及其制备方法：将23～25wt％的FeB、60～64wt％的FeMo、4～5wt％的Ni、6～9wt％的Cr和0.9～1.2wt％的C粉未混合。制备工艺是：先外加上述混和料55wt％的无水乙醇，经球磨机球磨12～24小时；再外加上述混和料3～5％的液体石蜡为粘结剂经球磨机球磨2小时，过400目筛后干燥压坯，置于表面光洁的氧化铝陶瓷平板上；然后在真空炉中进行液相烧结，烧结时的真空炉真空度为1.0×10-1Pa～1.0×10-2Pa，烧结温度为1200℃～1240℃，保温时间为20～30分钟，烧结后获得三元硼化物金属陶瓷。
实施例4：一种三元硼化物金属陶瓷材料及其制备方法：将15～18wt％的FeB、67～70wt％的FeMo、4～5wt％的Ni、9～10wt％的Cr、0.9～1.5wt％的C和0.8～1.0的CeO粉末混合。制备工艺是：外加聚乙烯醇缩丁醛、三油酸甘油酯和无水乙醇经过球磨机球磨12～24小时后过400目筛，制成稳定、悬浮的料浆。其中：聚乙烯醇缩丁醛为混和料的8～10wt％，三油酸甘油酯为混和料的0.4～0.5wt％，无水乙醇为混和料的50～60wt％。
将配好的料浆刷在钢制品的表面，干燥后置于表面光洁的氧化铝陶瓷平板上，在真空炉中进行液相烧结，烧结时真空炉的真空度为1.0×10-2Pa～1.0×10-3Pa，烧结温度为1200℃～1260℃，保温时间为10～20分钟，烧结后获得与钢基体牢固结合的三元硼化物金属陶瓷覆层。
实施例5：一种三元硼化物金属陶瓷材料及其制备方法：将18～23wt％的FeB、64～68wt％的FeMo、3～4wt％的Ni、9～10wt％的Cr和0.7～0.9wt％的C粉末混合。制备工艺是：外加聚乙烯醇缩丁醛、三油酸甘油酯和无水乙醇经过球磨机球磨12～24小时过400目筛，制成稳定、悬浮的料浆。其中：聚乙烯醇缩丁醛为混和料的5～8wt％，三油酸甘油酯为混和料的0.2～0.4wt％，无水乙醇为混和料的45～55wt％。
将配好的料浆刷在钢制品的表面，干燥后置于表面光洁的氧化铝陶瓷平板上，在真空炉中进行液相烧结，烧结时真空炉的真空度为1.0×10-2Pa～1.0×10-3Pa，烧结温度为1200℃～1240℃，保温时间为10～20分钟，烧结后获得与钢基体牢固结合的三元硼化物金属陶瓷覆层。
实施例6：一种三元硼化物金属陶瓷材料及其制备方法：将23～25wt％的FeB、60～64wt％的FeMo、4～5wt％的Ni、6～9wt％的Cr、0.9～1.2wt％的C和0.3～0.6的CeO粉末混合，制备工艺是：外加聚乙烯醇缩丁醛、三油酸甘油酯和无水乙醇经过球磨机球磨12～24小时过400目筛，制成稳定、悬浮的料浆。其中：聚乙烯醇缩丁醛为混和料的3～5wt％，三油酸甘油酯为混和料的0.1～0.2wt％，无水乙醇为混和料的40～50wt％。
将配好的料浆通过流延机流延成具有适度的柔韧性和拉伸强度的薄坯，干燥后在真空炉中烧结，烧结时真空炉的真空度为1.0×10-2Pa～1.0×10-3Pa，烧结温度为1240℃～1280℃，保温时间为10～20分钟，烧结后获得与钢基体牢固结合的三元硼化物金属陶瓷覆层。
本实施例1～6用钼铁FeMo、硼铁FeB代替纯Mo粉、Fe粉，不仅可大幅度降低制备成本，且可获得与采用纯Mo粉、Fe粉制备的三元硼化物金属陶瓷材料相同或相近的机械性能(详见表1)。另外，由于本发明的烧结温度较低，亦可使制备工艺简单且成本降低，本具体实施方式所制备的三元硼化物金属陶瓷材料生产成本仅为用纯Mo粉、Fe粉制备的三元硼化物金属陶瓷材料生产成本的60％。故所制备的材料成本低、工艺简单，该方法所制备的材料适用于耐磨损、耐腐蚀、抗高温且同时对韧性、抗弯强度等性能要求较高的零件。
表1实施例材料的机械性能
Claims (2)
1.一种三元硼化物金属陶瓷材料的制备方法，其特征在于将15～25wt％的FeB、60～70wt％的FeMo、1～5wt％的Ni、1～10wt％的Cr、0.5～1.5wt％的C和0～1wt％的CeO粉末混合，制备工艺是：
——或外加上述混和料40～60wt％的无水乙醇进行细磨混和，再外加上述混和料3～10％的液体石蜡为粘结剂进行细磨混和，过400目筛后干燥压坯和烧结；
——或外加上述混和料41.1～70.5wt％的有机添加剂进行细磨混和，料浆过400目筛后涂刷或流延在钢制品的表面，然后干燥和烧结；
烧结是在真空炉中进行液相烧结，烧结时真空炉的真空度为1.0×10-1Pa～1.0×10-3Pa，烧结温度为1200℃～1280℃，保温时间为10～30分钟。
2.据权利要求1所述的三元硼化物金属陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述的有机添加剂为聚乙烯醇缩丁醛、三油酸甘油酯和无水乙醇的混和剂；其中，聚乙烯醇缩丁醛为混和料的1～10wt％，三油酸甘油酯为混和料的0.1～0.5wt％，无水乙醇为混和料的40～60wt％。
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