CN104532041B - 一种 Mo2NiB2 基金属陶瓷的制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Mo₂NiB₂基金属陶瓷的制备工艺，首先选择高纯Ni₃B₄粉和Mo粉为原料，重量比控制在(0.2‑0.6)：(0.8‑0.4)，称重后真空球磨3‑7小时，然后将混合粉体充填到金属模具中模压成型，最后，将模压成型坯体放入石墨模具于真空烧结炉中进行无压烧结，烧结温度为710℃～1130℃，无需进行保温处理，烧结完毕后随烧结炉一同冷却。本发明工艺过程简单，所制备的Mo₂NiB₂金属陶瓷主要力学性能指标良好，可以用于磨损、腐蚀和磨蚀交互作用的严酷工况。

Description

一种Mo2NiB2基金属陶瓷的制备工艺

技术领域

本发明涉及一种金属陶瓷的制备技术，特别涉及一种由硬质相(体积百分数约为60％-80％)和粘结相组成的金属陶瓷制备方法。

背景技术

Mo₂NiB₂基金属陶瓷(由硬质相Mo₂NiB₂和粘结相Ni组成，其中硬质相体积百分数一般控制在60％-80％之间)具有优异的综合性能，在耐磨、耐蚀等领域具有广泛的应用前景，如可用在高硬、耐磨蚀切割刀具、钻头、采矿机械等领域。与传统用Wo-WC硬质合金相比，Mo₂NiB₂基金属陶瓷具有明显的性价比优势，因此，被认为是Wo-WC硬质合金的非常合适的替代材料。Mo₂NiB₂基金属陶瓷在日本作为耐磨耐蚀部件，已成功应用在注射成型机、铜的热挤压模、海水泵轴承等领域，而我国主要集中在如何将Mo₂NiB₂作为硬质涂层在钢基体方面，以及如何提高其性能方面也有诸多报道。目前主要是由于Mo₂NiB₂基金属陶瓷制备成本较高、生产周期较长、性能还不能达到国外如日本的水平，因此，严重制约了其推广应用。

近年来，在国外如日本东洋钢钣株式会社的研究人员提出了一种“反应硼化烧结”的方法，即以二元硼化物(如MoB、NiB、Ni₂B等)和金属粉体制备出了Mo₂NiB₂基金属陶瓷。该方法所采用的二元硼化物价格均较高，若能找到一种价格较低的硼化物来取代这几种化合物，显然对降低生产成本具有重要意义。

中国专利CN102191393A提出了一种采用Mo粉、Ni粉和B粉通过球磨混粉且成浆(加入无水乙醇或丙酮作为分散剂)，且通过干燥处理后在1150-1600℃下烧结而成的方法，明显制备过程较长。还有，该方法由于采用三组分金属粉体进行混合，显然对粉体的混匀性要求较高，否则烧结而成Mo₂NiB₂基金属陶瓷组织不均匀无法满足其性能要求，另外，该方法烧结温度较高，无疑会增加生产成本，限制其推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生产周期短且工艺较简单的制备Mo₂NiB₂基金属陶瓷的方法。

为了达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种Mo₂NiB₂基金属陶瓷的制备工艺，其特征在于，包括下述步骤：

(1)选用纯度不低于99％的Ni₃B₄粉和Mo粉为原料，按重量比Ni₃B₄： Mo＝(0.2-0.6)：(0.8-0.4)，称重后装入球磨罐中并抽真空及充氩气；

(2)将球磨罐放入球磨机球磨时间3-7小时,取出混合粉体充填到金属模具中，在10-30MPa下模压成型；

(3)将模压成型的坯体放入真空烧结炉中进行无压烧结，真空度为10^-1Pa，烧结温度为710℃～1130℃，不作保温处理，随炉冷却，得到Mo₂NiB₂基金属陶瓷。

上述工艺中，所述Ni₃B₄粉和Mo粉的粒度均≤300μm。所述真空球磨的真空度为10^-1Pa。所述无压烧结的升温速度为30℃-50℃/分钟。

本发明制备Mo₂NiB₂金属陶瓷的工艺过程简单，成本低廉；所制备的Mo₂NiB₂基金属陶瓷主要力学性能指标良好(最高抗弯强度达1870MPa，最高硬度达88.1HRA)。可以用于磨损、腐蚀和磨蚀交互作用的严酷工况。

附图说明

图1为本发明实施例3所制得的Mo₂NiB₂基金属陶瓷断口形貌SEM照片。

具体实施方式

实施例1

首先，原材料选择Ni₃B₄粉(纯度和粒度分别为：99％和300μm)和Mo粉(纯度和粒度分别为：99％和300μm)，重量比控制在0.25：0.75，没有加入过程控制剂，称重后装入不锈钢球磨罐中并进行抽真空(真空度为10^-1Pa)并充氩气。

然后，将球磨罐放入球磨机中开机转动，在球磨时间3小时,球磨完成之后随罐体一同冷却至室温，打开罐体将Ni₃B₄粉和Mo粉混合体充填到金属模具中，在10MPa下模压成型。

最后，将模压成型坯体放入石墨模具中并一同放入烧结炉中进行烧结，烧结是在真空烧结炉中进行无压烧结，烧结时真空度为10^-1Pa；烧结炉的升温速度为：30℃/分钟；烧结温度为：710℃，烧结完毕后随烧结炉一同冷却。取出烧结体即为Mo₂NiB₂基金属陶瓷，对其进行性能测试，抗弯强度达1321MPa，硬度为84.3HRA。烧结工序由于属于液相反应烧结，所以无需进行保温处理，若再进行保温处理，Mo₂NiB₂晶粒会明显长大从而恶化金属陶瓷性能。

实施例2

工艺过程基本同实施例1，但工艺参数有所不同：Ni₃B₄粉粒度为150μm；Mo粉粒度为150μm，重量比控制在0.5：0.5。

球磨时间7小时；模压成型压力30MPa。

无压烧结升温速度为50℃/分钟；烧结温度1130℃。本实施例制备的Mo₂NiB₂基金属陶瓷抗弯强度达1870MPa，硬度为87.2HRA。

实施例3

工艺过程基本同实施例1，但工艺参数有所不同：Ni₃B₄粉粒度为250μm；Mo粉粒度为100μm，重量比控制在0.4：0.6。

球磨时间5小时；模压成型压力20MPa。

无压烧结升温速度为40℃/分钟；烧结温度1050℃。本实施例制备的Mo₂NiB₂基金属陶瓷抗弯强度达1546MPa，硬度为88.1HRA。其断口形貌SEM照片如图1所示。从图中可看出，Mo₂NiB₂与粘结相Ni之间结合良好，且部分Mo₂NiB₂晶界呈近球形状，对于降低应力集中现象是有益的，从而可提高其强度和韧性指标。

Claims (2)

1.一种Mo₂NiB₂基金属陶瓷的制备工艺，其特征在于，包括下述步骤：

(1)选用纯度不低于99％的Ni₃B₄粉和Mo粉为原料，按重量比Ni₃B₄：Mo＝(0.2-0.6)：(0.8-0.4)，称重后装入球磨罐中并抽真空及充氩气；

(2)将球磨罐放入球磨机球磨时间3-7小时,取出混合粉体充填到金属模具中，在10-30MPa下模压成型；

(3)将模压成型的坯体放入真空烧结炉中进行无压烧结，真空度为10^-1Pa，烧结温度为710℃～1130℃，不作保温处理，随炉冷却，得到Mo₂NiB₂基金属陶瓷；

所述Ni₃B₄粉和Mo粉的粒度均≤300μm。

2.如权利要求1所述的Mo₂NiB₂基金属陶瓷的制备工艺，其特征在于，所述无压烧结的升温速度为30℃-50℃/分钟。