CN107671281A - 一种复合bn合金粉末及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合BN合金粉末及其制备方法和应用，该复合BN合金粉末由内核为不规则形状的立方氮化硼，外壳为Ni基合金粘接相的复合颗粒组成。所述复合颗粒中，立方氮化硼质量占40～80％，Ni基合金粘结相质量占20～60％。其制备方法为：按照粘接相合金质量组成，将原料熔炼后雾化制得Ni基合金粉末，再与高纯BN粉末球磨混合，经热等静压制得Ni基合金－BN金属棒材，经感应熔炼真空气雾化制得复合结构球形合金粉末。本发明的复合合金粉末可通过热喷涂，粉末冶金，热等静压等制备高含量BN基的耐磨耐蚀涂层和机械零部件。

Description

一种复合BN合金粉末及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于复合合金粉末材料制备领域，具体涉及一种复合结构氮化硼球状合金粉末及其制备方法。
背景技术
立方氮化硼(C-BN)的结构、性能类似于金刚石，具有硬度高，脆性大，化学性质稳定，热稳定性高等性质，所以立方BN单独应用的场合并不多。目前立方氮化硼工业应用主要有树脂粘接BN砂轮，化学气相沉积制备BN镀层等。
氮化硼复合粉末制备技术已成为氮化硼应用于航天航空，建筑材料，耐磨材料等工业领域的重要技术难点。刘景辉等在公开号为CN101214549A的专利中将前处理后的NaOH溶液，敏化液，活化液和氮化硼粉体加入高压反应釜中进行反应，选择氢气作为反应气氛，得到镍包氮化硼近球形金属陶瓷粉体；许崇海等在公开号为CN104892003A的专利中采用化学沉积的方法，将硝酸铝溶液与稀释后的氨水反应得到的氢氧化铝沉积在氮化硼粉体上，然后再真空烧结，制得氧化铝包覆氮化硼复合粉末。
现有的立方氮化硼粉末是纯BN粉末，熔点高，相互之间连接困难，立方氮化硼粉末应用受到限制。
发明内容
本发明的目的在于提出一种核-壳结构的高立方BN含量的复合合金粉末及制备方法，以克服现有氮化硼粉末球形度差、自身无粘接性、用途不广等技术难题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种复合BN合金粉末，由内核为不规则形状的立方氮化硼，外壳为Ni基合金粘接相的复合颗粒组成；所述复合颗粒中，立方氮化硼质量占40～80％，Ni基合金粘结相质量占20～60％。
所述Ni基合金粘接相由以下百分含量的组分组成：20.0～26.5％的Cr、0.85～1.8％的Fe、10.5～17.5％的Mo、1.5～6.5％的Co、≤0.02％的C、≤0.5％的Mn、≤0.1％的Si、≤0.5％的Al、0.1～3.5％的W、≤0.5％的V、≤0.015％的P、≤0.015％的S和余量的Ni。
所述立方氮化硼的粒度为5～25μm。
所述立方氮化硼的形状为不规则棱角形状，即不规则多面体形状。
所述立方氮化硼的化学组成为56.4％的N，43.6％的B。
一种复合BN合金粉末的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，按照Ni基粘结相合金的质量组成，将原料加入真空熔炼炉进行熔炼，经雾化制得Ni基合金粉末；
步骤2，将步骤1得到的Ni基合金粉末与高纯BN粉末球磨混合，经热等静压制成Ni基合金-BN金属棒材；
步骤3：在真空条件下，采用感应加热熔炼步骤2获得的Ni基合金-BN金属棒材成为熔融液态，通过氩气对熔融的Ni基合金-BN合金熔滴进行喷吹雾化，再经冷却、筛分获得由Ni基合金粘结相包覆立方氮化硼的复合结构球形颗粒组成的合金粉末。
所述步骤1中，熔化温度为1250～1490℃。
上述的复合BN合金粉末能够用于机械零部件制造方面，不仅能制造单一氮化硼合金零件，还能与多种牌号钢复合，制造外层氮化硼或内层氮化硼的复合材料零件。本发明的复合BN合金粉末为热喷涂、粉末冶金等提供优良防腐蚀、耐磨损、抗氧化功能复合粉末，是超耐磨粉末材料的有益补充，为制造高性能机械零部件提供了优质粉末材料。
有益效果：本发明的复合BN合金粉末具有核-壳结构，内核为立方BN，外壳包覆金属粘结相。这种复合结构BN合金粉末可以通过热喷涂、3D打印、粉末冶金等方法制备含BN材料的高性能机械设备零部件，或制备钢基的耐磨表面涂层。本发明的复合BN合金粉末的核材料立方氮化硼熔点3000℃，壳材料Ni基合金粘结相熔点1250～1490℃。
本发明的复合BN合金粉末，可以通过粉末成型(如热喷涂、粉末冶金、热等静压等)方法在粘结相材料1250～1490℃温度以下以半熔融态制备高含量氮化硼基的机械零部件，拓展了如气相沉积或树脂粘接方法制备氮化硼部件应用领域。不仅能制造单一氮化硼合金零件，还能与多种牌号钢复合，制造外层氮化硼或内层氮化硼的复合材料零件。
本发明的复合BN合金粉末为热喷涂、粉末冶金等提供优良防腐蚀、耐磨损、抗氧化功能复合粉末，是超耐磨粉末材料的有益补充，为制造高性能机械零部件提供了优质粉末材料。
具体实施方式
通过以下给出的实施例对本发明做进一步的阐述
实施例1：按照Ni基粘结相合金的质量组成，将不锈钢、镍、钼、钴、镍铬合金等加入真空熔炼炉进行熔炼，熔化温度为1350℃，熔炼出Ni基粘结相合金的质量百分比组成为22％的Cr、1.2％的Fe、11.5％的Mo、5.5％的Co、0.02％的C、0.45％的Mn、0.1％的Si、0.15％的Al、2.5％的W、0.2％的V、0.015％的P、0.015％的S和余量的Ni，经雾化制得Ni基合金粉末。
选取Ni基合金粉末粒径为5～20μm粉末，BN粉末粒径8～12μm粉末，二者按质量比50:50进行高能球磨混合。将混合好的粉末装入钢管包套内，抽真空后焊接密封，之后在热等静压烧结炉170Mpa，1050℃，保护气氛为氩气环境下烧结成型。机械加工方法去除烧结后的钢管包套，获得混合粉末合金电极棒材。
采用真空感应熔化气雾化方法，对上述获得的合金电极进行感应熔化，以高纯氩气对熔融的BN-Ni基合金高温液滴进行喷吹雾化，感应熔炼电流650A，氩气速度1100m/s，自然冷却后得到由Ni基合金粘结相包覆立方氮化硼的复合结构球形颗粒组成的合金粉末。
实施例2：按照Ni基粘结相合金的质量组成，将不锈钢、镍、钼、钴合金等加入感应熔炼炉进行熔炼，感应熔炼电流800A，熔化温度为1380℃，熔炼出Ni基粘结相合金的质量百分比组成为24.5％的Cr、1.8％的Fe、15.5％的Mo、3.5％的Co、0.02％的C、0.25％的Mn、0.1％的Si、0.25％的Al、1.5％的W、0.5％的V、0.015％的P、0.015％的S和余量的Ni，经雾化制得Ni基合金粉末。
选取Ni基合金粉末粒径为15～45μm粉末，BN粉末粒径15～25μm粉末，二者按质量比30:70进行高能球磨混合。将混合好的粉末装入钢管包套内，抽真空后焊接密封，之后在热等静压烧结炉190Mpa，1200℃，保护气氛为氩气环境下烧结成型。机械加工方法去除烧结后的钢管包套，获得混合粉末合金电极棒材。
采用真空感应熔化气雾化方法，对上述获得的合金电极进行感应熔化，以高纯氩气对熔融的BN-Ni基合金高温液滴进行喷吹雾化，感应熔炼电流700A，氩气速度1000m/s，自然冷却后达到复合BN合金粉末。
实施例3：按照Ni基粘结相合金的质量组成，将不锈钢、镍、钼、钴、镍铬合金等加入真空熔炼炉进行熔炼，熔化温度为1250℃，熔炼出Ni基粘结相合金的质量百分比组成为26.5％的Cr、0.85％的Fe、10.5％的Mo、6.5％的Co、0.01％的C、0.5％的Mn、0.08％的Si、0.5％的Al、3.5％的W、0.4％的V、0.01％的P、0.01％的S和余量的Ni，经雾化制得Ni基合金粉末。
选取Ni基合金粉末粒径为5～20μm粉末，BN粉末粒径5～15μm粉末，二者按质量比20:80进行高能球磨混合。将混合好的粉末装入钢管包套内，抽真空后焊接密封，之后在热等静压烧结炉170Mpa，1050℃，保护气氛为氩气环境下烧结成型。机械加工方法去除烧结后的钢管包套，获得混合粉末合金电极棒材。
采用真空感应熔化气雾化方法，对上述获得的合金电极进行感应熔化，以高纯氩气对熔融的BN-Ni基合金高温液滴进行喷吹雾化，感应熔炼电流650A，氩气速度1100m/s，自然冷却后得到由Ni基合金粘结相包覆立方氮化硼的复合结构球形颗粒组成的合金粉末。
实施例4：按照Ni基粘结相合金的质量组成，将不锈钢、镍、钼、钴合金等加入感应熔炼炉进行熔炼，感应熔炼电流800A，熔化温度为1490℃，熔炼出Ni基粘结相合金的质量百分比组成为20.0％的Cr、1.5％的Fe、17.5％的Mo、1.5％的Co、0.015％的C、0.4％的Mn、0.05％的Si、0.5％的Al、0.1％的W、0.3％的V、0.015％的P、0.01％的S和余量的Ni，经雾化制得Ni基合金粉末。
选取Ni基合金粉末粒径为15～45μm粉末，BN粉末粒径15～25μm粉末，二者按质量比60:40进行高能球磨混合。将混合好的粉末装入钢管包套内，抽真空后焊接密封，之后在热等静压烧结炉190Mpa，1200℃，保护气氛为氩气环境下烧结成型。机械加工方法去除烧结后的钢管包套，获得混合粉末合金电极棒材。
采用真空感应熔化气雾化方法，对上述获得的合金电极进行感应熔化，以高纯氩气对熔融的BN-Ni基合金高温液滴进行喷吹雾化，感应熔炼电流700A，氩气速度1000m/s，自然冷却后达到复合BN合金粉末。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种复合BN合金粉末，其特征在于：由内核为不规则形状的立方氮化硼，外壳为Ni基合金粘接相的复合颗粒组成；所述复合颗粒中，立方氮化硼质量占40～80％，Ni基合金粘结相质量占20～60％。
2.根据权利要求1所述的复合BN合金粉末，其特征在于：所述Ni基合金粘接相由以下百分含量的组分组成：20.0～26.5％的Cr、0.85～1.8％的Fe、10.5～17.5％的Mo、1.5～6.5％的Co、≤0.02％的C、≤0.5％的Mn、≤0.1％的Si、≤0.5％的Al、0.1～3.5％的W、≤0.5％的V、≤0.015％的P、≤0.015％的S和余量的Ni。
3.根据权利要求1所述的复合BN合金粉末，其特征在于：所述立方氮化硼的粒度为5～25μm。
4.根据权利要求1所述的复合BN合金粉末，其特征在于：所述立方氮化硼的形状为不规则棱角形状。
5.根据权利要求1所述的复合BN合金粉末，其特征在于：所述立方氮化硼的化学组成为56.4％的N，43.6％的B。
6.一种权利要求1-5任一所述的复合BN合金粉末的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，按照Ni基粘结相合金的质量组成，将原料加入真空熔炼炉进行熔炼，经雾化制得Ni基合金粉末；
步骤2，将步骤1得到的Ni基合金粉末与高纯BN粉末球磨混合，经热等静压制成Ni基合金-BN金属棒材；
步骤3：在真空条件下，采用感应加热熔炼步骤2获得的Ni基合金-BN金属棒材成为熔融液态，通过氩气对熔融的Ni基合金-BN合金熔滴进行喷吹雾化，再经冷却、筛分获得由Ni基合金粘结相包覆立方氮化硼的复合结构球形颗粒组成的合金粉末。
7.根据权利要求6所述的复合BN合金粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，熔化温度为1250～1490℃。
8.权利要求1-5任一所述的复合BN合金粉末机械零部件制造方面的应用。
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