CN111206176A - 以镍铁合金为原料的三元硼化物复合金属陶瓷及其制备方法、应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及以镍铁合金为原料的三元硼化物复合金属陶瓷及其制备方法、应用，由以下质量份的原料经电弧熔炼制成：镍铁合金100份，金属鉬36‑60份，铝包芯管12‑15份，钢包芯管3‑5份。本发明以镍铁合金为主要原料，采用电弧熔炼工艺生产Mo2NiB2、Mo2FeB2复合三元硼化物金属陶瓷，与目前广泛采用的真空反应烧结工艺相比，生产效率高、生产成本低。
Description
技术领域
本发明属于复合金属陶瓷制备领域，具体涉及以镍铁合金为原料制备三元硼 化物复合金属陶瓷。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不 必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所 公知的现有技术。
硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的 一种合金材料，其具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列 优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变， 在1000℃时仍有很高的硬度。硬质合金被广泛应用于油气钻井、地质勘探、矿 山开采、轧辊、模具材料、切削工具、耐磨零件等领域。常用的硬质合金多由 W、Co等贵重合金元素制备，如常用了YG牌号硬质合金为钨钴类、YT牌号为 钨钴钛类，其中W、Ti的碳化物为强化耐磨相，Co为粘结相。W、Co属于国家战略物质，因此，硬质合金的推广应用受到极大限制。
目前，新能源汽车对以钴锂化合物为正极材料的锂电需求剧增，使Co资源更 加紧缺。Co资源的稀缺及电池等行业对Co需求的不断增加，致使Co的价格越来 越高，进而导致硬质合金成本上升，应用更加受限。寻找Co粘结相的替代物受到 业界关注，人们研究了与Co同族元素Ni替代Co粘结相的可能性，Ni与WC硬质相 的润湿性能和耐腐蚀性能好、且资源丰富，与Co具有相近的密度、熔点、原子半 径以及物理和化学性能。有人研究了FeAl、Fe3Al和Ni3Al等金属间化合物，发现 其对WC的润湿角小于20°，且具有成本低、抗腐蚀能力强等特点，成为潜在的Co 粘结相替代物。有学者研究了AlCoCrFeNi、CoCrFeNiTiAl等高熵合金，发现高熵 合金是一种潜在的优异硬质合金Co粘结相的替代物。还有人研究设计制备了基于 石墨烯改性的表面贫钴梯度硬质合金刀具、基于陶瓷粘结相的无钴梯度硬质合金 刀具、基于石墨烯强韧化的陶瓷粘结相硬质合金刀具，进一步拓展了硬质合金刀 具的应用领域。
磨损和腐蚀是引起材料失效的重要机制，材料的磨损和腐蚀不但降低了生产 效率，而且对生产质量和产品性能都产生重要影响，若不引起重视，甚至会威胁 人身安全，造成更大的经济损失。因此，耐磨耐腐蚀材料的研究亦越来越受到人 们的重视。
三元硼化物具有良好的耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性，以及较高的硬度和导 电率，在耐磨、耐腐蚀等领域有着广阔的应用前景，成为一种很有发展前途的传 统硬质合金的替代材料，这不仅能节约W、Co等资源，而且能降低成本。因而， 近年来国内外对三元硼化物基金属陶瓷的研究越来越多。目前，国内外研究了多 个体系的三元硼化物基金属陶瓷，包括Mo2NiB2、Mo2FeB2以及WCoB基金属 陶瓷等。Mo2NiB2及Mo2FeB2基金属陶瓷研究较多，Mo2NiB2基金属陶瓷具有高 耐腐蚀性，Mo2FeB2基金属陶瓷具有高耐磨性。
发明人发现：目前三元硼化物金属陶瓷多采用反应真空烧结工艺制备，产品 的形状和尺寸都受到限制，生产效率较低、成本高。
发明内容
为了克服三元硼化物金属陶瓷采用真空反应烧结工艺，生产效率低、生产成 本高、工件形态受限等弊端，本发明在三元硼化物金属陶瓷堆焊材料研发的基础 上，提供一种以镍铁合金为主要原料，采用电弧熔炼工艺生产三元硼化物金属陶 瓷的配方和方法。
为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的第一个方面，提供了以镍铁合金为原料的三元硼化物复合金属陶瓷， 由以下质量份的原料经电弧熔炼制成：镍铁合金100份，金属鉬36-60份，铝包 芯管12-15份，钢包芯管3-5份。
Mo2FeB2陶瓷相具有较高的硬度、强度和耐磨性，成本低；Mo2NiB2的耐热 性、耐蚀性较好，成本高。并且Mo2NiB2、Mo2FeB2与钢的线膨胀系数接近，具 有较好地抗裂性能，两者复合使其具有耐磨、高硬度的同时，亦具有一定的耐蚀 性能、耐热性能，且成本较低。
本发明的第二个方面，提供了一种以镍铁合金为原料的三元硼化物复合金属 陶瓷的制备方法，包括：
在电弧熔炼炉的炉底加入待熔炼合金总质量8-12％的保护渣，使其均布于炉 底，保护渣上面均置金属鉬，再在金属钼上面均置镍铁合金；
用电弧熔炼工艺熔炼炉内的炉料；
熔炼炉料变成液态金属后，向钢液中加入钢包芯管脱氧，加入时将钢包芯管 插入炉底，待钢包芯管全部熔化后，再熔炼5-10分钟；
再加入铝包芯管，加入时将铝包芯管插入炉底；待铝包芯管全部熔化后，再 熔炼3-5分钟；
将熔炼后的钢液浇注到钢包，即得到三元硼化物金属陶瓷。
本发明以镍铁合金为主要原料，采用电弧熔炼工艺生产Mo2NiB2、Mo2FeB2复合三元硼化物金属陶瓷，与目前广泛采用的真空反应烧结工艺相比，生产效率 高、生产成本低。
本发明的第三个方面，提供了任一上述的以镍铁合金为原料的三元硼化物复 合金属陶瓷在油气钻井、地质勘探、矿山开采、轧辊、模具材料、切削工具、耐 磨零件领域中的应用。
由于本发明制备的三元硼化物复合金属陶瓷具有硬度高、耐磨、强度和韧性 较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，能够满足切削工具、耐磨零件领域的使 用要求，可以用于制造车刀、刨刀、铣刀、拉刀、锉刀等刀具、也可以用于制造 机械密封圈、活塞、轴承等耐磨零件。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明以镍铁合金为主要原料，采用电弧熔炼工艺生产Mo2NiB2、 Mo2FeB2复合三元硼化物金属陶瓷，与目前广泛采用的真空反应烧结工艺相比， 生产效率高、生产成本低。
(2)Mo2FeB2金属陶瓷相具有较高的硬度、强度和耐磨性，成本低；Mo2NiB2的耐热性、耐蚀性较好，成本高。并且Mo2NiB2、Mo2FeB2与钢的线膨胀系数接 近，具有较好地抗裂性能，两者复合使其具有耐磨、高硬度的同时，亦具有一定 的耐蚀性能、耐热性能，且成本较低。
(3)通过调整炉料配比可以通过改变Mo2NiB2、Mo2FeB2的含量，制造出系 列产品用于不同工况，应用范围广。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。 除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的 普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限 制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出， 否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使 用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或 它们的组合。
正如背景技术所介绍的，针对目前三元硼化物金属陶瓷多采用反应真空烧结 工艺制备，产品的形状和尺寸都受到限制，生产效率较低、成本高的问题。因此， 本发明提出一种采用电弧熔炼工艺生产三元硼化物金属陶瓷，其原料以质量份计 如下：
镍铁合金100份，金属鉬36-60份，铝包芯管12-15份，钢包芯管3-5份。
其中，铝包芯管用于向熔炼合金中加硼和脱氧。其为在外径Φ15mm、壁厚 1mm、型号1060的纯铝薄壁管中，填充硼铁、单体硼的混合粉制备而成。混合 粉的填充率为65％(混合粉质量与混合粉和薄壁铝管质量之和的比值)。
硼铁、单体硼的混合粉的组成以质量份计为，硼铁7-10份、单体硼3-5份。
铝包芯管管壁的铝加入钢液后，铝和氧反应，降低钢液的氧含量，特别是降 低硼(B)周围的氧含量，避免B氧化，提高B的利用率。
上述原料中的钢包芯管由薄壁钢管中加入金属锰、锰硅合金混合粉末制成。 所用薄壁钢管的材质为普通碳素钢，优选Q195L，薄壁钢管外径为Φ15mm，壁 厚为1mm。钢包芯管药粉的填充率为76％(混合粉质量与混合粉和薄壁钢管质 量之和的比值)。钢包芯管的成分以质量百分比计为，Mn含量为68％，Si含量 为18％，余为Fe和不影响性能的杂质。
钢包芯管以Mn、Si联合脱氧，降低钢液中的氧含量，Mn、Si分别被氧化 成MnO、SiO2，结合成硅酸盐MnO·SiO2进入熔渣，起到脱氧作用，同时造渣， 保护熔池液态金属。
电弧熔炼所用保护渣采用市售炼钢保护渣，其成分以质量百分比计为，
50-55％CaO，15-18％SiO2，6-7％Al2O3，0-10％MgO，8-10％CaF2，加入量 为待熔炼合金总质量的8-12％。
保护渣均布于熔炼炉底部，这样在熔池形成的同时就有炉渣覆盖，使电弧稳 定，有利于炉料的熔化和升温，并减少热损失，防止吸气和金属的挥发，亦有一 定的脱硫、脱磷效果。
本发明所述镍铁的牌号选FeNi20或FeNi30。FeNi20的成分以质量百分比计 Ni含量为15％～25％、C含量不超过1.0％、P含量不超过0.02％。FeNi30的成分 以质量百分比计Ni含量为25％～35％、C含量不超过1.0％、P含量不超过0.02％。 镍铁FeNi20和FeNi30的粒径为5-10毫米；金属鉬的成分以质量百分比计Mo 含量不小于99.8％，其粒径为1-3毫米。上述金属与合金的成分中允许含有加工 过程中难以去除的不影响其性能的杂质。
本发明所用硼铁的成分以质量百分比计B含量为19-21％、C含量不超过 0.1％、Si含量不超过4.0％、Al含量不超过3.0％、S含量不超过0.01％、P含量 不超过0.03％；单体硼的成分以质量百分比计B含量不小于90％；金属锰的成 分以质量百分比计Mn含量不小于99.5％；锰硅合金的Mn含量以质量百分比计 不小于65％，Si含量以质量百分比计不小于17％，余为Fe；上述粉末的粒径为 75微米～180微米(即粒度为-80目～+200目)；上述粉末的成分中允许含有加工 过程中难以去除的不影响其性能的杂质。
镍铁合金中的镍、金属鉬、铝包芯管中的硼是冶金反应合成Mo2NiB2的原 料。镍铁合金和钢包芯管中的铁、金属鉬、铝包芯管中的硼是冶金反应合成 Mo2FeB2的原料。熔炼过程中Mo先和B反应形成MoB，然后MoB与Ni反应 形成Mo2NiB2，随着Mo2NiB2的形成，MoB附近Ni的浓度降低，Fe的浓度相 对增加，MoB与Fe则反应生成Mo2FeB2，Mo2FeB2的形成又会使得Fe浓度降 低、Ni浓度升高，从而又有利于形成Mo2NiB2。这样随着Ni、Fe浓度的起伏， 形成Mo2NiB2、Mo2FeB2复合强化的金属陶瓷。Mo2FeB2陶瓷相具有较高的硬度、 强度和耐磨性，成本低；Mo2NiB2的耐热性、耐蚀性较好，成本高。并且Mo2NiB2、 Mo2FeB2与钢的线膨胀系数接近，具有较好地抗裂性能，两者复合使其具有耐磨、 高硬度的同时，亦具有一定的耐蚀性能、耐热性能，且成本较低。
本发明三元硼化物复合陶瓷的制备方法包括以下步骤：
制备三元硼化物复合陶瓷的原料以质量份计为：镍铁合金100份，金属鉬 36-60份，铝包芯管12-15份，钢包芯管3-5份。
(1)制备铝包芯管
选用外径Φ15mm、壁厚1mm、型号1060的纯铝薄壁管，在上述纯铝薄壁 管中填充硼铁、单体硼的混合粉，填充率为65％(混合粉质量与混合粉和薄壁 铝管质量之和的比值)。硼铁、单体硼的混合粉的组成以质量份计为：硼铁7-10 份、单体硼3-5份。铝包芯管的长度根据需要确定，优选800-1000毫米。
(2)制备钢包芯管
选用直径为Φ15mm，壁厚为1mm的薄壁钢管，薄壁钢管的材质为普通碳 素钢，优选Q195L。在薄壁钢管中加入金属锰、锰硅合金混合粉末，混合粉末 的填充率为76％(混合粉质量与混合粉和薄壁钢管质量之和的比值)，制得钢 包芯管。钢包芯管的成分以质量百分比计为，Mn含量为68％，Si含量为18％， 余为Fe和不影响性能的杂质。
(3)选用粒径5-10毫米的镍铁合金、粒径1-3毫米的金属钼，其加入量以 质量份计为，镍铁合金100份，金属鉬36-60份。选择市售炼钢保护渣，其成分 以质量百分比计为，50-55％CaO，15-18％SiO2，6-7％Al2O3，0-10％MgO， 8-10％CaF2。
(4)装炉料
在电弧熔炼炉的炉底加入待熔炼合金总质量8-12％的保护渣，使其均布于 炉底，保护渣上面均置金属鉬，再在金属钼上面均置镍铁合金。
(5)电弧熔炼
采用碳棒电极，用现有的电弧熔炼工艺熔炼炉料。
(6)步骤(5)熔炼炉料变成液态金属后，向钢液中加入钢包芯管脱氧，加 入时将钢包芯管插入炉底，待钢包芯管全部熔化后，再熔炼5-10分钟。
(7)在步骤(6)脱氧后的钢液中加入铝包芯管，加入时将铝包芯管插入炉 底。待铝包芯管全部熔化后，再熔炼3-5分钟。
(8)将步骤(7)熔炼后的钢液浇注到钢包，凝固后即得到三元硼化物复合 金属陶瓷产品。
上述三元硼化物金属陶瓷的硬度HRC58-70。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具 体实施例是对本发明的解释而不是限定。
实施例1：
制备三元硼化物复合陶瓷的原料以质量份计为：FeNi20镍铁合金100份， 金属鉬36份，铝包芯管12份，钢包芯管3份。
(1)制备铝包芯管
选用外径Φ15mm、壁厚1mm、型号1060的纯铝薄壁管，在上述纯铝薄壁 管中填充硼铁、单体硼的混合粉，填充率为65％(混合粉质量与混合粉和薄壁 铝管质量之和的比值)。硼铁、单体硼的混合粉的组成以质量份计为：硼铁10 份、单体硼3份。铝包芯管的长度为1000毫米。
(2)制备钢包芯管
选用直径为Φ15mm，壁厚为1mm的薄壁钢管，薄壁钢管的材质为碳素钢 Q195L。在薄壁钢管中加入金属锰、锰硅合金混合粉末，混合粉末的填充率为 76％(混合粉质量与混合粉和薄壁钢管质量之和的比值)，制得钢包芯管。钢包 芯管的成分以质量百分比计为，Mn含量为68％，Si含量为18％，余为Fe和不 影响性能的杂质。
(3)选用粒径5-10毫米的FeNi20镍铁合金、粒径1-3毫米的金属钼，选 择市售炼钢保护渣，其成分以质量百分比计为，50％CaO，15％SiO2，6％Al2O3， 10％MgO，10％CaF2。
(4)装炉料
在电弧熔炼炉的炉底加入待熔炼合金总质量8％的保护渣，使其均布于炉底， 保护渣上面均置金属鉬，再在金属钼上面均置镍铁合金。
(5)电弧熔炼
采用碳棒电极，用现有的电弧熔炼工艺熔炼炉料。
(6)步骤(5)的熔炼温度达到1780℃后，断电保温2-3分钟，待炉料变成液 态金属后，向钢液中加入钢包芯管脱氧，加入时将钢包芯管插入炉底，待钢包芯 管全部熔化后，再熔炼5分钟，熔炼温度为1680℃-1780℃。
(7)在步骤(6)脱氧后的钢液中加入铝包芯管，加入时将铝包芯管插入炉 底。待铝包芯管全部熔化后，再熔炼3分钟，熔炼温度为1530℃-1580℃。
(8)将步骤(7)熔炼后的钢液浇注到钢包，凝固后即得到三元硼化物复合 金属陶瓷产品。所得三元硼化物复合金属陶瓷的硬度HRC58。
实施例2：
制备三元硼化物复合陶瓷的原料以质量份计为：镍铁合金100份，金属鉬 60份，铝包芯管15份，钢包芯管5份。
(1)制备铝包芯管
选用外径Φ15mm、壁厚1mm、型号1060的纯铝薄壁管，在上述纯铝薄壁 管中填充硼铁、单体硼的混合粉，填充率为65％(混合粉质量与混合粉和薄壁 铝管质量之和的比值)。硼铁、单体硼的混合粉的组成以质量份计为：硼铁10 份、单体硼5份。铝包芯管的长度为800毫米。
(2)制备钢包芯管
选用直径为Φ15mm，壁厚为1mm的薄壁钢管，薄壁钢管的材质为碳素钢 Q195L。在薄壁钢管中加入金属锰、锰硅合金混合粉末，混合粉末的填充率为 76％(混合粉质量与混合粉和薄壁钢管质量之和的比值)，制得钢包芯管。钢包 芯管的成分以质量百分比计为，Mn含量为68％，Si含量为18％，余为Fe和不 影响性能的杂质。
(3)选用粒径5-10毫米的镍铁合金、粒径1-3毫米的金属钼，其加入量以 质量份计为，FeNi20镍铁合金100份，金属鉬60份。选择市售炼钢保护渣，其 成分以质量百分比计为，55％CaO，18％SiO2，7％Al2O3，8％CaF2。
(4)装炉料
在电弧熔炼炉的炉底加入待熔炼合金总质量12％的保护渣，使其均布于炉底， 保护渣上面均置金属鉬，再在金属钼上面均置镍铁合金。
(5)电弧熔炼
采用碳棒电极，用现有的电弧熔炼工艺熔炼炉料。
(6)步骤(5)的熔炼温度达到1780℃后，断电保温2-3分钟，待炉料变成液 态金属后，向钢液中加入钢包芯管脱氧，加入时将钢包芯管插入炉底，待钢包芯 管全部熔化后，再熔炼10分钟，熔炼温度为1680℃-1780℃。
(7)在步骤(6)脱氧后的钢液中加入铝包芯管，加入时将铝包芯管插入炉 底。待铝包芯管全部熔化后，再熔炼5分钟，熔炼温度为1530℃-1580℃。
(8)将步骤(7)熔炼后的钢液浇注到钢包，凝固后即得到三元硼化物金属 陶瓷产品。所得三元硼化物金属陶瓷的硬度HRC70。
实施例3：
制备三元硼化物复合陶瓷的原料以质量份计为：镍铁合金100份，金属鉬 50份，铝包芯管14份，钢包芯管4份。
(1)制备铝包芯管
选用外径Φ15mm、壁厚1mm、型号1060的纯铝薄壁管，在上述纯铝薄壁 管中填充硼铁、单体硼的混合粉，填充率为65％(混合粉质量与混合粉和薄壁 铝管质量之和的比值)。硼铁、单体硼的混合粉的组成以质量份计为：硼铁8 份、单体硼4份。铝包芯管的长度为900毫米。
(2)制备钢包芯管
选用直径为Φ15mm，壁厚为1mm的薄壁钢管，薄壁钢管的材质为碳素钢Q195L。在薄壁钢管中加入金属锰、锰硅合金混合粉末，混合粉末的填充率为 76％(混合粉质量与混合粉和薄壁钢管质量之和的比值)，制得钢包芯管。钢包 芯管的成分以质量百分比计为，Mn含量为68％，Si含量为18％，余为Fe和不 影响性能的杂质。
(3)选用粒径5-10毫米的镍铁合金、粒径1-3毫米的金属钼，其加入量以 质量份计为，FeNi30镍铁合金100份，金属鉬50份。选择市售炼钢保护渣，其 成分以质量百分比计为，50％CaO，15％SiO2，7％Al2O3，5％MgO，9％CaF2。
(4)装炉料在电弧熔炼炉的炉底加入待熔炼合金总质量10％的保护渣，使其 均布于炉底，保护渣上面均置金属鉬，再在金属钼上面均置镍铁合金。
(5)电弧熔炼采用碳棒电极，用现有的电弧熔炼工艺熔炼炉料。
(6)步骤(5)的熔炼温度达到1780℃后，断电保温2-3分钟，待炉料变成液 态金属后，向钢液中加入钢包芯管脱氧，加入时将钢包芯管插入炉底，待钢包芯 管全部熔化后，再熔炼8分钟，熔炼温度为1680℃-1780℃。
(7)在步骤(6)脱氧后的钢液中加入铝包芯管，加入时将铝包芯管插入炉 底。待铝包芯管全部熔化后，再熔炼4分钟，熔炼温度为1530℃-1580℃。
(8)将步骤(7)熔炼后的钢液浇注到钢包，凝固后即得到三元硼化物金属 陶瓷产品。所得三元硼化物金属陶瓷的硬度HRC62。
实施例4：
制备三元硼化物复合陶瓷的原料以质量份计为：镍铁合金100份，金属鉬 55份，铝包芯管13份，钢包芯管4份。
(1)制备铝包芯管
选用外径Φ15mm、壁厚1mm、型号1060的纯铝薄壁管，在上述纯铝薄壁 管中填充硼铁、单体硼的混合粉，填充率为65％(混合粉质量与混合粉和薄壁 铝管质量之和的比值)。硼铁、单体硼的混合粉的组成以质量份计为：硼铁9 份、单体硼3份。铝包芯管的长度根据需要确定，优选1000毫米。
(2)制备钢包芯管
选用直径为Φ15mm，壁厚为1mm的薄壁钢管，薄壁钢管的材质为碳素钢 Q195L。在薄壁钢管中加入金属锰、锰硅合金混合粉末，混合粉末的填充率为 76％(混合粉质量与混合粉和薄壁钢管质量之和的比值)，制得钢包芯管。钢包 芯管的成分以质量百分比计为，Mn含量为68％，Si含量为18％，余为Fe和不 影响性能的杂质。
(3)选用粒径5-10毫米的镍铁合金、粒径1-3毫米的金属钼，其加入量以 质量份计为，FeNi30镍铁合金100份，金属鉬55份。选择市售炼钢保护渣，其 成分以质量百分比计为，53％CaO，16％SiO2，6％Al2O3，5％MgO，9％CaF2。
(4)装炉料
在电弧熔炼炉的炉底加入待熔炼合金总质量10％的保护渣，使其均布于炉底， 保护渣上面均置金属鉬，再在金属钼上面均置镍铁合金。
(5)电弧熔炼
采用碳棒电极，用现有的电弧熔炼工艺熔炼炉料。
(6)步骤(5)的熔炼温度达到1780℃后，断电保温2-3分钟，待炉料变成液 态金属后，向钢液中加入钢包芯管脱氧，加入时将钢包芯管插入炉底，待钢包芯 管全部熔化后，再熔炼8分钟，熔炼温度为1680℃-1780℃。
(7)在步骤(6)脱氧后的钢液中加入铝包芯管，加入时将铝包芯管插入炉 底。待铝包芯管全部熔化后，再熔炼4分钟，熔炼温度为1530℃-1580℃。
(8)将步骤(7)熔炼后的钢液浇注到钢包，凝固后即得到三元硼化物金属 陶瓷产品。所得三元硼化物金属陶瓷的硬度HRC65。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制 本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人 员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分 进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改 进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然对本发明的具体实施方式进 行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本 发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各 种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种以镍铁合金为原料的三元硼化物复合金属陶瓷，其特征在于，由以下质量份的原料经电弧熔炼制成：镍铁合金100份，金属鉬36-60份，铝包芯管12-15份，钢包芯管3-5份。
2.如权利要求1所述的以镍铁合金为原料的三元硼化物复合金属陶瓷，其特征在于，由以下质量份的原料经电弧熔炼制成：镍铁合金100份，金属鉬36-48份，铝包芯管12-13份，钢包芯管3-4份。
3.如权利要求1所述的以镍铁合金为原料的三元硼化物复合金属陶瓷，其特征在于，由以下质量份的原料经电弧熔炼制成：镍铁合金100份，金属鉬48-60份，铝包芯管13-15份，钢包芯管4-5份。
4.如权利要求1所述的以镍铁合金为原料的三元硼化物复合金属陶瓷，其特征在于，所述铝包芯管由纯铝薄壁管中填充硼铁、单体硼的混合粉制备而成。
5.如权利要求4所述的以镍铁合金为原料的三元硼化物复合金属陶瓷，其特征在于，所述混合粉的填充率为60-70％。
6.如权利要求4所述的以镍铁合金为原料的三元硼化物复合金属陶瓷，其特征在于，所述硼铁、单体硼的质量比为7-10：3-5。
7.如权利要求1所述的以镍铁合金为原料的三元硼化物复合金属陶瓷，其特征在于，所述钢包芯管由薄壁钢管中加入金属锰、锰硅合金混合粉末制成。
8.如权利要求7所述的以镍铁合金为原料的三元硼化物复合金属陶瓷，其特征在于，所述钢包芯管药粉的填充率为70-80％。
9.一种以镍铁合金为原料的三元硼化物复合金属陶瓷的制备方法，其特征在于，包括：
在电弧熔炼炉的炉底加入待熔炼合金总质量8-12％的保护渣，使其均布于炉底，保护渣上面均置金属鉬，再在金属钼上面均置镍铁合金；
用电弧熔炼工艺熔炼炉内的炉料；
熔炼炉料变成液态金属后，向钢液中加入钢包芯管脱氧，加入时将钢包芯管插入炉底，待钢包芯管全部熔化后，再熔炼5-10分钟；
再加入铝包芯管，加入时将铝包芯管插入炉底；待铝包芯管全部熔化后，再熔炼3-5分钟；
将熔炼后的钢液浇注到钢包，凝固后即得到三元硼化物金属陶瓷。
10.权利要求1-8任一项所述的以镍铁合金为原料的三元硼化物复合金属陶瓷在切削工具、耐磨零件领域中的应用。
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|---|---|---|---|---|
| CN114669361A (zh) * | 2022-03-31 | 2022-06-28 | 武汉华材表面科技有限公司 | 一种超高镶铸柱钉面密度的双金属耐磨辊套及其制造方法 |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2939125A1 (fr) * | 2008-12-01 | 2010-06-04 | Saint Gobain Coating Solution | Revetement de dispositif de mise en forme de produits en verre |
| CN103088281A (zh) * | 2013-01-22 | 2013-05-08 | 广东新劲刚新材料科技股份有限公司 | 一种Mo2FeB2基热喷涂合金粉末及其制备方法 |
| CN104797731A (zh) * | 2013-05-17 | 2015-07-22 | 东洋钢钣株式会社 | 喷镀层形成用粉末、金属陶瓷喷镀层、金属陶瓷覆盖材以及金属陶瓷覆盖材的制造方法 |
| CN109112381A (zh) * | 2018-10-29 | 2019-01-01 | 山东大学 | 一种堆焊用金属陶瓷合金粉块 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2939125A1 (fr) * | 2008-12-01 | 2010-06-04 | Saint Gobain Coating Solution | Revetement de dispositif de mise en forme de produits en verre |
| CN103088281A (zh) * | 2013-01-22 | 2013-05-08 | 广东新劲刚新材料科技股份有限公司 | 一种Mo2FeB2基热喷涂合金粉末及其制备方法 |
| CN104797731A (zh) * | 2013-05-17 | 2015-07-22 | 东洋钢钣株式会社 | 喷镀层形成用粉末、金属陶瓷喷镀层、金属陶瓷覆盖材以及金属陶瓷覆盖材的制造方法 |
| CN109112381A (zh) * | 2018-10-29 | 2019-01-01 | 山东大学 | 一种堆焊用金属陶瓷合金粉块 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114669361A (zh) * | 2022-03-31 | 2022-06-28 | 武汉华材表面科技有限公司 | 一种超高镶铸柱钉面密度的双金属耐磨辊套及其制造方法 |
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| CN115029601A (zh) * | 2022-07-20 | 2022-09-09 | 上海海事大学 | 一种高熵合金/硬质陶瓷协同强化复合涂层及其制备方法 |
| CN115029601B (zh) * | 2022-07-20 | 2023-12-19 | 上海海事大学 | 一种高熵合金/硬质陶瓷协同强化复合涂层及其制备方法 |
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