CN111041321A - 一种用于机床导轨的金属陶瓷及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及金属陶瓷的技术领域，公开了一种用于机床导轨的金属陶瓷，其原料以重量份计包括：钼40‑60份、碳化钨20‑30份、氮化碳1‑4份、硼化铁0.2‑1.3份、镍2‑3份、碳0.2‑0.7份、羰基铁粉40‑60份以及铁30‑50份。其制备工艺，包括如下步骤：S1：Mo2FeB2制备；S2：混料；将S1制备好的Mo2FeB2粉碎至粒径为30‑40μm；然后将粉碎后的Mo2FeB2与碳化钨粉、氮化碳粉、镍粉、碳粉、铁粉、钒粉、钒铁粉、铬粉、氮化钛粉以及钨粉采用普通球磨进行混料，以无水乙醇为介质，球磨时间20‑30h；球磨完成后进行干燥；S3：压制坯体；S4：真空烧结；制得用于机床导轨的金属陶瓷。能够制备出抗弯强度高且耐磨性较好的金属陶瓷。

Description

一种用于机床导轨的金属陶瓷及其制备工艺
技术领域
本发明涉及金属陶瓷的技术领域，更具体地说，它涉及一种用于机床导轨的金属陶瓷及其制备工艺。
背景技术
金属陶瓷是一种复合材料，由金属和陶瓷原料制成的材料，兼有金属和陶瓷的某些优点，如前者的韧性和抗弯性，后者的耐高温、高强度和抗氧化性能等。金属基金属陶瓷是在金属基体中加入氧化物细粉制得，又称弥散增强材料。根据各组成相所占百分比不同，金属陶瓷分为以陶瓷为基质和以金属为基质两类。金属基金属陶瓷通常具有高温强度高、密度小、易加工、耐腐蚀、导热性好等特点，因此，常用于制造飞机和导弹的结构件、发动机活塞、化工机械零件等。而陶瓷基金属陶瓷主要分为几种类型，例如氧化物基金属陶瓷、碳化物基金属陶瓷、氮化物基金属陶瓷、硼化物基金属陶瓷以及硅化物基金属陶瓷。
支承和引导运动构件沿着一定轨迹运动的零件称为导轨副，也常简称为导轨。运动部件的运动轨迹有直线、圆或曲线，滚动圆导轨可归入滚动推力轴承，曲线导轨在机械中极少应用。导轨在机器中是个十分重要的部件，在机床中尤为重要。机床的加工精度与导轨精度有直接的联系，小批量生产的精密机床，导轨的加工工作量占整个机床加工工作量的40％左右，而且，导轨一旦损坏，维修十分困难。
目前，机床的导轨基本上有两种，一种是灰铸铁导轨经感应淬火后得到，具有一定硬度要求的材质制成，作为普通机床可满足其性能要求，但是对于精密机床而言，这种硬度达不到它对耐磨性能的需求。另一种是镶钢导轨，镶钢导轨是合金钢淬硬后进行磨削得到的，硬度在60HRC以上。镶钢导轨用螺钉固定在经磨削或刮研的床身表面上，可确保导轨获得最佳的平面度。
但是，在实际生产中发现，上述提到的两种材质的导轨，稳定性不好，容易发生变形，从而导致机床的加工精度受到影响。而金属陶瓷随着其原料的不同，所表征出来的性质也有所差异，关于将金属陶瓷用于制造机床导轨而言，目前国内鲜有报道，因为亟需提供一种用于机床导轨的金属陶瓷以解决机床导轨容易发生变形的问题。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种用于机床导轨的金属陶瓷，通过添加碳化钨、氮化碳与硼化铁，能够提高金属陶瓷的抗弯强度，从而提高金属陶瓷的抗变形的能力，最终使得用其制造的机床导轨的稳定性更高。
本发明的目的之一是通过以下技术方案得以实现的：
一种用于机床导轨的金属陶瓷，其原料以重量份计包括：钼40-60份、碳化钨20-30份、氮化碳1-4份、硼化铁0.2-1.3份、镍2-3份、碳0.2-0.7份、羰基铁粉40-60份以及铁30-50份。
通过采用上述技术方案，金属陶瓷选用Mo2FeB2基，是因为Mo2FeB2具有硬度高、导电率高，并且具有良好的耐磨性，同时它与钢基体结合性优良。同时，向Mo2FeB2中添加了碳化钨，能够提高最终制备的金属陶瓷的硬度。通过向原料中添加了氮化碳与硼化铁，碳化钨、氮化碳与硼化铁三者共同促进，从而提高金属陶瓷的抗弯强度，使得金属陶瓷的抗变形的能力得到提高，最终提高了金属陶瓷的稳定性，适用于制造机床的导轨，使得用其制造的机床导轨的稳定性更高。
作为本发明的进一步改进，原料中还包括钒2-5份。
通过采用上述技术方案，金属陶瓷的原料中添加钒时，金属陶瓷的硬质相晶粒细小，组织分布均匀，且孔隙较少，因此能够使得金属陶瓷具有较高的硬度，并且其抗弯强度也得到了提高。
作为本发明的进一步改进，原料中还包括钒铁粉2-3份。
通过采用上述技术方案，金属陶瓷中添加钒铁粉，钒铁粉与钒互相作用，能够提高金属陶瓷的硬度。钒铁粉能够促进钒在金属陶瓷中的分散均匀度，使得钒能够分散的更加均匀，从而使得金属陶瓷的硬度得到提高，金属陶瓷的抗弯强度得到提高，进一步使得金属陶瓷抗变形的能力增强。
作为本发明的进一步改进，原料中还包括铬1.4-2.3份。
通过采用上述技术方案，金属陶瓷中添加铬，能够提高金属陶瓷的防磨损的能力，显著提高金属陶瓷的耐磨性能，使得金属陶瓷的使用寿命得到延长。同时，铬还能够提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，从而使得后续金属陶瓷制备出来的导轨的使用寿命进一步的延长。
作为本发明的进一步改进，原料中还包括氮化钛1-3份。
通过采用上述技术方案，氮化钛本身具有较高的强度和较好的耐磨性，金属陶瓷中添加氮化钛，一方面氮化钛本身摩擦系数低，能够促进各物质之间的相容性，另一方面，能够提高金属陶瓷抗腐蚀的性能。
作为本发明的进一步改进，原料中还包括钨2-4份。
通过采用上述技术方案，钨的硬度较大，并且本身机械性能较强。氮化钛与钨同时添加在金属陶瓷中，钨在氮化钛作用下，能够更好的与金属陶瓷相结合，从而能够使得金属陶瓷的耐磨性得到显著的提高，使得金属陶瓷的使用寿命更长。并且，铬、钨以及氮化钛三者的共同作用下，能够进一步的提高金属陶瓷的抗弯强度，从而进一步提高了金属陶瓷的抗变形的能力。
本发明的目的之二在于提供一种用于机床导轨的金属陶瓷的制备工艺，能够制备出抗弯强度高且耐磨性较好的金属陶瓷。
本发明的目的之二是通过以下技术方案得以实现的：
一种用于机床导轨的金属陶瓷的制备工艺，包括如下步骤：
S1：Mo2FeB2制备；
S2：混料；将S1制备好的Mo2FeB2粉碎至粒径为30-40μm；然后将粉碎后的Mo2FeB2与碳化钨粉、氮化碳粉、镍粉、碳粉、铁粉、钒粉、钒铁粉、铬粉、氮化钛粉以及钨粉采用普通球磨进行混料，以无水乙醇为介质，球磨时间20-30h；球磨完成后进行干燥；
S3：压制坯体；
S4：真空烧结；制得用于机床导轨的金属陶瓷。
通过采用上述技术方案，先将Mo2FeB2制备好，然后再将剩余的物料添加进入，经过球磨混料，从而能够使得物料中各个物质能够混合的更加均匀，同时选用无水乙醇作为介质，从而能够使得陶瓷金属之间各个物质能够更加稳定，最后经过干燥，从而能够制备出抗弯强度高且耐磨性较好的金属陶瓷。
作为本发明的进一步改进，所述S2混料中，在普通球磨前，还添加有成型剂，成型剂为正己烷与石蜡的混合液，且二者的质量比为10:3。
通过采用上述技术方案，通过在物料球磨前添加成型剂，能够使得各个物质在球磨的过程中的流动性更好，并且能够使得在球磨之后的压制时的流动性也能够得到提高。
综上所述，本发明的优点和有益效果是：
1、通过向原料中添加了氮化碳与硼化铁，碳化钨、氮化碳与硼化铁三者共同促进，从而能够提高金属陶瓷的抗弯强度，由于金属陶瓷的抗弯强度提高了，从而使得金属陶瓷的抗变形的能力得到提高，最终提高了金属陶瓷的稳定性，适用于制造机床的导轨，使得用其制造的机床导轨的稳定性更高；
2、钒铁粉与钒互相作用，能够提高金属陶瓷的硬度。钒铁粉能够促进钒在金属陶瓷中的分散均匀度，使得钒能够分散的更加均匀，从而使得金属陶瓷的硬度得到提高，金属陶瓷的抗弯强度提高，进一步使得金属陶瓷抗变形的能力增强；
3、氮化钛与钨同时添加在金属陶瓷中，钨在氮化钛作用下，能够更好的与金属陶瓷相结合，从而能够使得金属陶瓷的耐磨性得到显著的提高，使得金属陶瓷的使用寿命更长。并且，铬、钨以及氮化钛三者的共同作用下，能够进一步的提高金属陶瓷的抗弯强度，从而进一步提高了金属陶瓷的抗变形的能力；
4、制备出的金属陶瓷具有抗弯强度高且耐磨性较好的特性，并且通过在物料球磨前添加成型剂，能够使得各个物质在球磨的过程中的流动性更好，并且能够使得在球磨之后的压制时的流动性也能够得到提高。
附图说明
图1为本发明一种用于机床导轨的金属陶瓷的制备工艺的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
一种用于机床导轨的金属陶瓷，其原料以重量份计包括：钼50份、碳化钨25份、氮化碳2.5份、硼化铁0.7份、镍2.5份、碳0.4份、羰基铁粉50份、铁40份、钒4份、钒铁粉2.5份、铬1.9份、氮化钛2份以及钨6份。
参照图1，一种用于机床导轨的金属陶瓷的制备工艺，包括如下步骤：
S1：Mo2FeB2制备。将粒径为4μm的钼粉、粒径45μm的硼化铁粉以及3μm的羰基铁粉按照本实施例中上述限定的份数放入滚动球磨机中混合2h，并且球料比为7:1，球磨机的转速限速为260r/min。其中钼粉、硼化铁粉以及羰基铁粉三者的纯度均选择99.5％。
接着将球磨机内的物料输送至干燥箱中进行干燥，干燥温度为75℃。然后将干燥后的物料转移至至陶瓷坩埚内，并且进行密封，接着将含有物料且密封后的陶瓷坩埚放入真空炉中，加热至1250℃，保温40min；然后炉冷至室温，得到Mo2FeB2。
S2：混料；将S1制备好的Mo2FeB2粉碎至粒径为2-3μm。然后将粉碎后的Mo2FeB2输送至球磨机中，接着将粒径为35μm的碳化钨粉、粒径为28μm的氮化碳粉、粒径为3μm的镍粉、粒径为2μm的碳粉、粒径为20μm的铁粉、粒径为20μm的钒粉、粒径为45μm的钒铁粉、粒径为45μm的铬粉、粒径为20μm的氮化钛粉以及粒径为45μm的钨粉按照本实施例上述限定的重量份输送至球磨机中，并且将成型剂添加至球磨机内。以无水乙醇为介质，无水乙醇的用量没过球磨珠即可，球磨时间24h。成型剂的添加量以重量份计为3份，成型剂为正己烷与石蜡的混合液，且二者的质量比为10:3。接着将球磨完成后的物料输送至红外干燥箱中进行干燥，干燥温度为75℃。
S3：压制坯体。将S2干燥后的物料过60目筛造粒。造粒完成之后，使用台式电动压片机进行压制成型，压制压力为250MPa，保压时间为2min。
S4：真空烧结。将经过S3处理过后的物料输送至真空烧结炉中烧结，烧结温度为1250℃，保温时间为60min，然后将烧结炉空冷至室温，得到用于机床导轨的金属陶瓷。
实施例2-6与实施例1的区别在于，其原料以重量份计如表1所示：单位：份
表1
Figure BDA0002333737700000051
Figure BDA0002333737700000061
实施例7与实施例1的区别在于，其原料以重量份计包括：钼50份、碳化钨25份、氮化碳2.5份、硼化铁0.7份、镍2.5份、碳0.4份、羰基铁粉50份、铁40份、钒4份。
实施例8与实施例1的区别在于，其原料以重量份计包括：钼50份、碳化钨25份、氮化碳2.5份、硼化铁0.7份、镍2.5份、碳0.4份、羰基铁粉50份、铁40份、钒4份以及钒铁粉2.5份。
实施例9与实施例1的区别在于，其原料以重量份计包括：钼50份、碳化钨25份、氮化碳2.5份、硼化铁0.7份、镍2.5份、碳0.4份、羰基铁粉50份、铁40份、铬1.9份、氮化钛2份以及钨6份。
实施例10与实施例1的区别在于，其原料以重量份计包括：钼50份、碳化钨25份、氮化碳2.5份、硼化铁0.7份、镍2.5份、碳0.4份、羰基铁粉50份、铁40份、钒4份、铬1.9份、氮化钛2份以及钨6份。
实施例11与实施例1的区别在于，其原料以重量份计包括：钼50份、碳化钨25份、氮化碳2.5份、硼化铁0.7份、镍2.5份、碳0.4份、羰基铁粉50份、铁40份以及铬1.9份。
实施例12与实施例1的区别在于，其原料以重量份计包括：钼50份、碳化钨25份、氮化碳2.5份、硼化铁0.7份、镍2.5份、碳0.4份、羰基铁粉50份、铁40份、铬1.9份以及氮化钛2份。
实施例13与实施例1的区别在于，其原料以重量份计包括：钼50份、碳化钨25份、氮化碳2.5份、硼化铁0.7份、镍2.5份、碳0.4份、羰基铁粉50份、铁40份、铬1.9份、氮化钛2份以及钨6份。
实施例14与实施例1的区别在于，其原料以重量份计包括钼50份、碳化钨25份、氮化碳2.5份、硼化铁0.7份、镍2.5份、碳0.4份、羰基铁粉50份、铁40份、钒4份、钒铁粉2.5份以及铬1.9份。
实施例15与实施例1的区别在于，其原料以重量份计包括：钼50份、碳化钨25份、氮化碳2.5份、硼化铁0.7份、镍2.5份、碳0.4份、羰基铁粉50份、铁40份、钒4份、钒铁粉2.5份、铬1.9份以及氮化钛2份。
对比例1：与实施例6的区别在于，其原料中无氮化碳与硼化铁。
对比例2：与实施例6的区别在于，其原料中无碳化钨.
对比例3：与实施例8的区别在于，其原料中无钒。
对比例4：与实施例12的区别在于，其原料中无铬。
对比例5：与实施例13的区别在于，其原料中无铬。
对比例6：与实施例13的区别在于，其原料中无氮化钛。
试验一：根据《GB/T4741-1999》对实施例1-15以及对比例1-6所记载的制备工艺制备出来的金属陶瓷进行抗弯强度的测量，并且将测量结果记录至表2中。
试验二：对实施例1实施例1-15以及对比例1-6所记载的制备工艺制备出来的金属陶瓷进行洛氏硬度的测量，并且将测量结果记录至表2中。
试验三：将实施例1实施例1-15以及对比例1-6所记载的制备工艺制备出来的金属陶瓷均制备成Ф9mm×20mm的圆柱样，在25℃的温度下使用YTN-TB100型摩擦磨损试验机进行磨损率的测量，并且将摩擦磨损试验机的摩擦速度调整为0.8m/s、磨损距离调整为1000m、对磨材料为GCr15轴承钢，加载压力为30N，最后将测量结果记录至表2中。实施例1-15、对比例1-6以及GCr15轴承钢的摩擦系数均在0.400-0.600之间。
表2
Figure BDA0002333737700000071
Figure BDA0002333737700000081
综上，采用实施例1总记载的工艺做制备出来的金属陶瓷在抗弯强度、硬度以及耐磨性上，均是最优的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于机床导轨的金属陶瓷，其特征在于：其原料以重量份计包括：钼40-60份、碳化钨20-30份、氮化碳1-4份、硼化铁0.2-1.3份、镍2-3份、碳0.2-0.7份、羰基铁粉40-60份以及铁30-50份。
2.根据权利要求1所述的一种用于机床导轨的金属陶瓷，其特征在于：原料中还包括钒2-5份。
3.根据权利要求2所述的一种用于机床导轨的金属陶瓷，其特征在于：原料中还包括钒铁粉2-3份。
4.根据权利要求1所述的一种用于机床导轨的金属陶瓷，其特征在于：原料中还包括铬1.4-2.3份。
5.根据权利要求4所述的一种用于机床导轨的金属陶瓷，其特征在于：原料中还包括氮化钛1-3份。
6.根据权利要求5所述的一种用于机床导轨的金属陶瓷，其特征在于：原料中还包括钨2-4份。
7.一种用于机床导轨的金属陶瓷的制备工艺，其特征在于：包括如下步骤：
S1：Mo2FeB2制备；
S2：混料；将S1制备好的Mo2FeB2粉碎至粒径为30-40μm；然后将粉碎后的Mo2FeB2与碳化钨粉、氮化碳粉、镍粉、碳粉、铁粉、钒粉、钒铁粉、铬粉、氮化钛粉以及钨粉采用普通球磨进行混料，以无水乙醇为介质，球磨时间20-30h；球磨完成后进行干燥；
S3：压制坯体；
S4：真空烧结；制得用于机床导轨的金属陶瓷。
8.根据权利要求7所述的一种用于机床导轨的金属陶瓷，其特征在于：所述S2混料中，在普通球磨前，还添加有成型剂，成型剂为正己烷与石蜡的混合液，且二者的质量比为10:3。
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