CN113215471A - 一种耐磨耐蚀三元硼化物/不锈钢复合材料及制备方法 - Google Patents
一种耐磨耐蚀三元硼化物/不锈钢复合材料及制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113215471A CN113215471A CN202110497685.5A CN202110497685A CN113215471A CN 113215471 A CN113215471 A CN 113215471A CN 202110497685 A CN202110497685 A CN 202110497685A CN 113215471 A CN113215471 A CN 113215471A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- stainless steel
- powder
- ternary boride
- resistant
- composite material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 78
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 title claims abstract description 76
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 42
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 title claims abstract description 28
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 83
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 47
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 39
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 18
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 15
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 7
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 claims description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 4
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- PLDDOISOJJCEMH-UHFFFAOYSA-N neodymium(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Nd+3].[Nd+3] PLDDOISOJJCEMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 4
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 4
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000963 austenitic stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000009689 gas atomisation Methods 0.000 claims description 3
- 229940057995 liquid paraffin Drugs 0.000 claims description 3
- 229910001105 martensitic stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920002037 poly(vinyl butyral) polymer Polymers 0.000 claims description 3
- INZDTEICWPZYJM-UHFFFAOYSA-N 1-(chloromethyl)-4-[4-(chloromethyl)phenyl]benzene Chemical compound C1=CC(CCl)=CC=C1C1=CC=C(CCl)C=C1 INZDTEICWPZYJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001039 duplex stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- UNASZPQZIFZUSI-UHFFFAOYSA-N methylidyneniobium Chemical compound [Nb]#C UNASZPQZIFZUSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- NFFIWVVINABMKP-UHFFFAOYSA-N methylidynetantalum Chemical compound [Ta]#C NFFIWVVINABMKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- MMKQUGHLEMYQSG-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);praseodymium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Pr+3].[Pr+3] MMKQUGHLEMYQSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910003447 praseodymium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910003468 tantalcarbide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910003470 tongbaite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- XOOUIPVCVHRTMJ-UHFFFAOYSA-L zinc stearate Chemical compound [Zn+2].CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O.CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O XOOUIPVCVHRTMJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- UFGZSIPAQKLCGR-UHFFFAOYSA-N chromium carbide Chemical compound [Cr]#C[Cr]C#[Cr] UFGZSIPAQKLCGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 18
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 12
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 11
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 9
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010963 304 stainless steel Substances 0.000 description 7
- 229910000589 SAE 304 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 3
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229910001256 stainless steel alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- GVEHJMMRQRRJPM-UHFFFAOYSA-N chromium(2+);methanidylidynechromium Chemical compound [Cr+2].[Cr]#[C-].[Cr]#[C-] GVEHJMMRQRRJPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000010892 electric spark Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000004372 laser cladding Methods 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000004881 precipitation hardening Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C33/00—Making ferrous alloys
- C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C33/0207—Using a mixture of prealloyed powders or a master alloy
-
- B22F1/0003—
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/02—Compacting only
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/1003—Use of special medium during sintering, e.g. sintering aid
- B22F3/1007—Atmosphere
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C33/00—Making ferrous alloys
- C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C33/0257—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements
- C22C33/0278—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5%
- C22C33/0292—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5% with more than 5% preformed carbides, nitrides or borides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/005—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing rare earths, i.e. Sc, Y, Lanthanides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/42—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/48—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/54—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with boron
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明公开了一种耐磨耐蚀三元硼化物/不锈钢复合材料及制备方法，属于复合材料制备技术领域，包括不锈钢材料粉末、三元硼化物原材料合金粉末和少量成型剂，且三元硼化物原材料合金粉末由质量比如下的各组分制备而成：5～20wt％的硼铁合金粉末、铬粉5～20wt％、钼粉10～30wt％、镍粉10～15wt％、铜粉1～5wt％、过渡金属碳化物1～5wt％、稀土氧化物0.5～3wt％和余量份的铁粉。本发明中，可灵活调节三元硼化物合金层与不锈钢基体合金的厚度，烧结后结合性好，三元硼化物合金层具有与不锈钢基材相当的耐腐蚀性，硬度高且可调整，耐磨性好，不锈钢基材可选范围广，制备成本低，操作简单。
Description
技术领域
本发明属于复合材料制备技术领域，尤其涉及一种耐磨耐蚀三元硼化物/不锈钢复合材料及制备方法。
背景技术
不锈钢合金来源广泛、价格低廉，加之在常温下具有良好的耐腐蚀性和抗氧化性等优点，目前已经广泛应用于机械、石油化工、建筑和冶金等众多行业，但其明显存在硬度低、高温下热稳定性差和耐磨性差等缺点。因为不锈钢合金材料难以满足工业生产对零件表面耐磨性能的服役要求，从而限制了其在诸多行业中的应用。因此如何在有效保证不锈钢耐腐蚀性前提下，利用先进的表面改性技术在其表面制备同时兼顾高耐蚀性和耐磨性覆层具有很高的创新性和实用性。
陶瓷材料经常被作为增强相加入原材料，利用表面改性技术制备高硬度的涂层，但其存在韧性低和易产生裂纹等缺点。三元硼化物金属陶瓷包含M-M金属键、B-B共价键和B-M离子键，决定了其具有高熔点、高硬度、优异耐磨性和良好耐腐蚀性等优点，同时具备与钢相近的热膨胀系数、覆层/基体结合热应力小等特性，是钢基体表面制备耐磨覆层的理想材料，在军工、航天航空、机械加工、冶金、石油钻井和矿山工具等领域具有广阔的应用前景。
目前制备三元硼化物/不锈钢复合材料一般采用熔覆工艺，主要有：激光熔覆、反应喷涂、等离子熔覆、电火花沉积、氩弧熔覆和感应熔覆等。这些利用高能量加热源将三元硼化物熔化在钢基体表面成形涂层的制备方法，局限在于钢基材料的形状必须是平整光滑，由于设备价格昂贵、操作环境严格和效率低等工艺问题，以及热源温度较高和不稳定等缺点易导致钢基材料形变量大、涂层不平整、易氧化和易产生裂纹，从而不利于改善涂层的服役寿命。
因此，发明一种简单和高效率的三元硼化物/不锈钢钢复合结构材料的制备方法具有很高的产业价值和应用前景。
专利CN1970843A公开了一种等离子喷涂制备三元硼化物基金属陶瓷涂层的方法；专利CN104451657A公开了一种三元硼化物陶瓷/铁基表面复合材料的制备方法；专利CN109023345A公开了一种三元硼化物强化铁基耐磨涂层及其制备方法，但是上述几项发明均存在涂层制备工艺较为复杂，并且基材适用对象并非不锈钢材料的问题，无法满足制备具备高精度、高强度、高硬度及良好耐蚀性、耐磨性的三元硼化物/不锈钢复合材料高效率生产的需要。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决三元硼化物/不锈钢之间的结合强度及后期加工难度的问题，而提出的一种耐磨耐蚀三元硼化物/不锈钢复合材料及制备方法，该方法能够有效解决三元硼化物/不锈钢之间的结合强度及后期加工难度问题并具有高精度、高强度等特性，提高产品精度、减少机加工工序和节约成本，可实现多种不锈钢基材表面制备三元硼化物/不锈钢复合材料。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种耐磨耐蚀三元硼化物/不锈钢复合材料，包括不锈钢材料粉末、三元硼化物原材料合金粉末和少量成型剂，且三元硼化物原材料合金粉末由质量比如下的各组分制备而成：5～20wt％的硼铁合金粉末、铬粉5～20wt％、钼粉10～30wt％、镍粉10～15wt％、铜粉1～5wt％、过渡金属碳化物1～5wt％、稀土氧化物0.5～3wt％和余量份的铁粉。
作为上述技术方案的进一步描述：以任意一种不锈钢粉末作为钢基体材料，具有较高的可加工适配性。
进一步的，所述不锈钢粉末和成型剂的质量比为49:1～48:2，三元硼化物原材料合金粉末与成型剂按质量比49:1～48:2。
作为上述技术方案的进一步描述：通过成型剂配方的调试能够有效适配成型调节强度能力。
进一步的，所述不锈钢粉末可为马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、沉淀硬化不锈钢和双相不锈钢中的一种，且不锈钢粉末制备方法可为气雾化、等离子雾化和等离子旋转电极雾化中的一种。
作为上述技术方案的进一步描述：通过多种方法对不锈钢粉末的制备实现对粉末的可调节获取能力。
进一步的，所述成型剂为液体石蜡、硬脂酸锌、聚乙烯醇缩丁醛无水乙醇溶液和橡胶汽油溶液中的一种。
作为上述技术方案的进一步描述：多种成型剂能够保证工艺适配性和可调节能力。
进一步的，所述过渡金属碳化物为碳化钨、碳化铌、碳化钒、碳化铬、碳化钛、碳化钽中的一种或多种组合体系。
进一步的，所述稀土氧化物为氧化铈、氧化钕、氧化镧、氧化镨和氧化钇中的一种或多种组合体系。
本发明所制备的三元硼化物合金/不锈钢复合材料结合性较好，结合强度高于300MPa，三元硼化物合金硬度在800～1100HV区间可调。
一种耐磨耐蚀三元硼化物/不锈钢复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、配取方量的钢基材料粉末和三元硼化物原材料合金粉末添加配方量的成型剂后分别在球磨机中球磨10～48小时进行混练；
S2、球磨后的粉末经80～100℃真空干燥，干燥4～8小时；
S3、通过压力压制获得三元硼化物/不锈钢复合结构生坯，用60～100MPa的压力在模具内压实不锈钢粉末，再将三元硼化物原材料合金粉末平铺与不锈钢粉末上用100～200MPa压力压实，获得三元硼化物/不锈钢复合结构生坯；
S4、将压制完成的生坯利用真空烧结工艺，将获得的三元硼化物/不锈钢复合结构生坯置于真空烧结炉中，以5～10℃/min的速度加热至450～500℃保温2～5h，再以5～8℃/min的速度加热至1000～1100℃保温1～2h，最后以3～5℃/min的速度加热至1200～1400℃保温0.5～1h后，随炉冷即可得到三元硼化物/不锈钢复合材料。
作为上述技术方案的进一步描述：
本发明采用上述技术方案，基于粉末冶金技术，制备出三元硼化物合金/不钢复合结构材料，首先将钢基体材料粉末、三元硼化物原材料合金粉末分别与粘结剂混合，然后压力将钢基体材料粉末和三元硼化物原材料合金粉末分步依次压入到模具型腔中得到复合结构生坯，最后共烧结致密化得到三元硼化物合金/不锈钢复合材料。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中，可灵活调节三元硼化物合金层与不锈钢基体合金的厚度，烧结后结合性好，三元硼化物合金层具有与不锈钢基材相当的耐腐蚀性，硬度高且可调整，耐磨性好，不锈钢基材可选范围广，制备成本低，操作简单。
2、本发明中，三元硼化物合金层与钢基体合金层的相容性以及烧结温度决定了最终产品的性能，在制备三元硼化物合金粉末时根据不同不锈钢基材特性进行配比，三元硼化物原材料合金中选配不同合金元素质量分数来控制最终烧结温度及相容性，实现不锈钢粉末和三元硼化物合金粉末共烧结致密化，可有效避免坯体在升温及烧结过程中出现变形、裂纹等缺陷。
3、本发明中，三元硼化物合金层组织由Fe(Ni,Cr)固溶体粘接相和Mo2FeB2、Fe23B6、(Mo,Fe,Cr)3B2等硬质相构成，不仅具有较高的硬度和耐磨性，同时具有良好的耐蚀性，三元硼化物合金层与不锈钢基体间实现冶金结合，结合强度≥300MPa。
综上所述，本发明所制备的一种三元硼化物合金/不锈钢复合材料及其制备方法，对于现有三元硼化物合金与不锈钢基材的复合应用，具有显著的促进及创新。
附图说明
图1为耐磨耐蚀三元硼化物/不锈钢复合材料制备方法工艺流程图；
图2为耐磨耐蚀三元硼化物/不锈钢复合材料生坯结构示意图；
图3为三元硼化物/304不锈钢界面结合区微观形貌图；
图4为三元硼化物层X射线衍射(XRD)图；
图5为三元硼化物/304不锈钢结合面SEM及元素线扫描图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明提供一种技术方案：一种耐磨耐蚀三元硼化物/不锈钢复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：A、选用气雾化制备的1Cr13马氏体不锈钢合金粉末为钢基材粉末、平均粒度14.8μm，其主要化学元素百分比为：C:0.12、Cr:12、Mn:0.8、Si:0.6、Ni：0.5和Fe：余量。
三元硼化物原材料合金粉末选用的平均粒度为21.5μm，其主要化学元素百分比为：5～15wt％FeB粉、5～15wt％Cr粉、10～20wt％Mo粉、6～8wt％Ni粉、0.5～2wt％Cu粉、1～3wt％NbC粉、0.5～1.2wt％La2O3粉和Fe粉余量。
B、混料：选择液体石蜡作为成型剂，不锈钢基体粉末和成型剂的质量比为48:2，混炼时间为2小时；将三元硼化物合金粉末与成型剂按质量比48.5：1.5，置于球磨机中球磨10小时。
C、球磨后的粉末经80～100℃真空干燥，干燥4～8小时；
D、成形：先将不锈钢基体粉末平铺在模具内，铺设完成后用80Mpa的压力压实，然后再将三元硼化物原材料合金粉末平铺在不锈钢基体粉末表面并用120MPa压力再次压制，获得三元硼化物/不锈钢复合结构生坯。
E、烧结：将压制完成的生坯放入真空烧结炉中以5℃/min的速度加热至500℃保温2h，再以5℃/min的速度加热至1000℃保温1.5h，最后以3℃/min至1250℃保温0.5h后随炉冷。
本实施例中通过对粉末在模具的压平实现对生坯的适配，提高烧制适配能力，同时通过多段温度的控制实现不锈钢粉末和三元硼化物合金粉末共烧结致密化。
实施例2
与实施例1不同的是，本发明提供一种技术方案：一种耐磨耐蚀三元硼化物/不锈钢复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
A、选用等离子雾化制备的304奥氏体不锈钢合金粉末为钢基材粉末、平均粒度12.8μm，其主要化学元素百分比为：C:0.08、Cr:19.5、Mn:1.9、Si:0.8、Ni：8.5和Fe：余量。
三元硼化物原材料合金粉末选用的平均粒度18.7μm，其主要化学元素百分比10～20wt％FeB粉、10～20wt％Cr粉、15～30wt％Mo粉、7～10wt％Ni粉、1.5～3.0wt％Cu粉、2～5wt％VC粉、1.0～2.0wt％Y2O3粉和Fe粉余量。
B、混料：选择聚乙烯醇缩丁醛无水乙醇溶液作为成型剂，不锈钢基体粉末和粘结剂的质量比为48:2,混炼时间为2小时；三元硼化物原材料合金粉末与粘结剂质量比为48.5:1.5，置于球磨机中球磨36小时。
C、球磨后的粉末经80～100℃真空干燥，干燥4～8小时；
D、成形：先将不锈钢基体粉末平铺在模具内，铺设完成后用100MPa的压力压实，然后再将三元硼化物原材料合金粉末平铺在不锈钢基体材料表面并用150MPa压力再次压制，获得三元硼化物合金/不锈钢复合结构生坯。
E、烧结：将压制生坯放入真空烧结炉中以8℃/min的速度加热至450℃保温2h，再以8℃/min的速度加热至1000℃保温1.5h，最后以5℃/min至1310℃保温6h后随炉冷。
验证实验：
对实施例所得到的三元硼化物/不锈钢复合材料进行组织结构分析实验，在多功能ZEISSAxioplan2型光学显微镜(OM)下观察试样的截面金相组织(图3)；借助X’PertProMPD型X射线衍射仪(XRD)对三元硼化物层进行物相分析(采用Cu靶Kα射线，步长为0.02°)(图4)；利用FIBNova400Nano型场发射扫描电子显微镜(SEM)及其附带的能谱仪(EDS)对三元硼化物层显微组织及成分进行表征与分析(图5)；使用HX-500型显微硬度计测定试样显微硬度，分别取5点进行硬度测量，得到不锈钢基材与三元硼化物层平均维氏硬度，加载力为100gf，保荷时间10s；使用万能试验机测得抗拉强度作为评判结合强度的标准；使用SC/YWX-90盐雾腐蚀试验箱验证样件耐腐蚀性，腐蚀溶液为5％NaCl水溶液(硬度、结合强度和耐腐蚀性见表1)。
图3为实施例2所得到的三元硼化物/不锈钢复合材料截面微观形貌图，从图3中可以看出，结合区处无宏观裂纹和孔洞，组织致密，表明三元硼化物层与304不锈钢基体结合良好，图4为三元硼化物层X射线衍射(XRD)图，由图4可知三元硼化物层由Fe(Cr,Ni)固溶体，Fe23B6，Mo2FeB2，(Mo,Fe,Cr)3B2组成，其中Fe(Cr,Ni)固溶体的衍射峰最强，而Mo2FeB2的含量最多，表明其在三元硼化物层组织中所占比例较大，图5为三元硼化物/304不锈钢结合面SEM及元素线扫描图，由图5线扫描结果可知，从304不锈钢基体一侧到三元硼化物层一侧Mo和Fe元素含量有明显的变化，而Cr和Ni元素却变化很小，三元硼化物层中的Ni和Cr含量与304不锈钢相差无几，间接说明三元硼化物层具有较高的耐腐蚀性能，从Fe和Mo元素变化曲线来说结合面存在一个有元素含量梯度的过渡层，表明在烧结过程中结合面发生元素扩散，304不锈钢与三元硼化物层形成良好冶金结合，具备较佳的结合强度。
表1实施例1-2硬度、结合强度及耐腐蚀性能
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种耐磨耐蚀三元硼化物/不锈钢复合材料，其特征在于，包括不锈钢材料粉末、三元硼化物原材料合金粉末和少量成型剂，且三元硼化物原材料合金粉末由质量比如下的各组分制备而成：5～20wt％的硼铁合金粉末、铬粉5～20wt％、钼粉10～30wt％、镍粉10～15wt％、铜粉1～5wt％、过渡金属碳化物1～5wt％、稀土氧化物0.5～3wt％和余量份的铁粉。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨耐蚀三元硼化物/不锈钢复合材料，其特征在于，所述不锈钢粉末和成型剂的质量比为49:1～48:2，三元硼化物原材料合金粉末与成型剂按质量比49:1～48:2。
3.根据权利要求1所述的一种耐磨耐蚀三元硼化物/不锈钢复合材料，其特征在于，所述不锈钢粉末可为马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢和双相不锈钢中的一种，且不锈钢粉末制备方法可为气雾化、等离子雾化和等离子旋转电极雾化中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种耐磨耐蚀三元硼化物/不锈钢复合材料，其特征在于，所述成型剂为液体石蜡、硬脂酸锌、聚乙烯醇缩丁醛无水乙醇溶液和橡胶汽油溶液中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种耐磨耐蚀三元硼化物/不锈钢复合材料，其特征在于，所述稀土氧化物为氧化铈、氧化钕、氧化镧、氧化镨和氧化钇中的一种或多种组合体系。
6.根据权利要求1所述的一种耐磨耐蚀三元硼化物/不锈钢复合材料，其特征在于，所述不锈钢粉末粒度为5～20μm，三元硼化物原材料粉末独立粒径为5～100μm。
7.根据权利要求1所述的一种耐磨耐蚀三元硼化物/不锈钢复合材料，其特征在于，所述过渡金属碳化物为碳化钨、碳化铌、碳化钒、碳化铬、碳化钛和碳化钽中的一种或多种组合体系。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种耐磨耐蚀三元硼化物/不锈钢复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、配取方量的钢基材料粉末和三元硼化物原材料合金粉末添加配方量的成型剂后分别在球磨机中球磨10～48小时进行混练；
S2、球磨后的粉末经80～100℃真空干燥，干燥4～8小时；
S3、通过压力压制获得三元硼化物/不锈钢复合结构生坯，用60～100MPa的压力在模具内压实不锈钢粉末，再将三元硼化物原材料合金粉末平铺与不锈钢粉末上用100～200MPa压力压实，获得三元硼化物/不锈钢复合结构生坯；
S4、将压制完成的生坯利用真空烧结工艺，将获得的三元硼化物/不锈钢复合结构生坯置于真空烧结炉中，以5～10℃/min的速度加热至450～500℃保温2～5h，再以5～8℃/min的速度加热至1000～1100℃保温1～2h，最后以3～5℃/min的速度加热至1200～1400℃保温0.5～1h后，随炉冷即可得到三元硼化物/不锈钢复合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110497685.5A CN113215471B (zh) | 2021-05-08 | 2021-05-08 | 一种耐磨耐蚀三元硼化物/不锈钢复合材料及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110497685.5A CN113215471B (zh) | 2021-05-08 | 2021-05-08 | 一种耐磨耐蚀三元硼化物/不锈钢复合材料及制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113215471A true CN113215471A (zh) | 2021-08-06 |
| CN113215471B CN113215471B (zh) | 2023-06-09 |
Family
ID=77091604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110497685.5A Active CN113215471B (zh) | 2021-05-08 | 2021-05-08 | 一种耐磨耐蚀三元硼化物/不锈钢复合材料及制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113215471B (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102618769A (zh) * | 2012-04-05 | 2012-08-01 | 北京科技大学 | 一种Mo2FeB2基钢结硬质合金的制备方法 |
| CN103820730A (zh) * | 2013-11-11 | 2014-05-28 | 常熟市迅达粉末冶金有限公司 | 一种高性能粉末冶金不锈钢及其制备方法 |
| CN104694807A (zh) * | 2013-12-09 | 2015-06-10 | 青岛平度市旧店金矿 | 一种三元硼化物金属陶瓷的制备工艺 |
| CN106868372A (zh) * | 2017-03-08 | 2017-06-20 | 天津大学 | 一种MoFeB基金属陶瓷涂层的制备方法 |
| CN108971799A (zh) * | 2018-10-29 | 2018-12-11 | 山东大学 | 一种等离子弧堆焊用金属陶瓷合金粉末 |
| 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 |
| CN109680272A (zh) * | 2017-10-18 | 2019-04-26 | 宋珊珊 | 一种液相烧结的三元硼化物硬质合金覆层材料 |
| CN109868382A (zh) * | 2019-02-11 | 2019-06-11 | 西安交通大学 | 一种稀土元素改性Mo2FeB2基金属陶瓷及其制备方法 |
-
2021
- 2021-05-08 CN CN202110497685.5A patent/CN113215471B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102618769A (zh) * | 2012-04-05 | 2012-08-01 | 北京科技大学 | 一种Mo2FeB2基钢结硬质合金的制备方法 |
| CN103820730A (zh) * | 2013-11-11 | 2014-05-28 | 常熟市迅达粉末冶金有限公司 | 一种高性能粉末冶金不锈钢及其制备方法 |
| CN104694807A (zh) * | 2013-12-09 | 2015-06-10 | 青岛平度市旧店金矿 | 一种三元硼化物金属陶瓷的制备工艺 |
| CN106868372A (zh) * | 2017-03-08 | 2017-06-20 | 天津大学 | 一种MoFeB基金属陶瓷涂层的制备方法 |
| CN109680272A (zh) * | 2017-10-18 | 2019-04-26 | 宋珊珊 | 一种液相烧结的三元硼化物硬质合金覆层材料 |
| CN108971799A (zh) * | 2018-10-29 | 2018-12-11 | 山东大学 | 一种等离子弧堆焊用金属陶瓷合金粉末 |
| 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 |
| CN109868382A (zh) * | 2019-02-11 | 2019-06-11 | 西安交通大学 | 一种稀土元素改性Mo2FeB2基金属陶瓷及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113215471B (zh) | 2023-06-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101298654B (zh) | 一种含陶瓷相的铁基非晶纳米晶复合涂层及其制备方法 | |
| CN111254376B (zh) | 高熵陶瓷复合涂层的制备方法 | |
| US8034153B2 (en) | Wear resistant low friction coating composition, coated components, and method for coating thereof | |
| CN108950342B (zh) | Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法 | |
| CN108677129A (zh) | 一种FeCoNiCrSiAl高熵合金涂层及其制备方法 | |
| CN109930053A (zh) | 一种FeCoNiCrMn高熵合金及利用该合金制备耐磨涂层的方法 | |
| Opris et al. | Development of Stellite alloy composites with sintering/HIPing technique for wear-resistant applications | |
| WO2013089177A1 (ja) | 耐熱合金およびその製造方法 | |
| CN109161858A (zh) | 一种掺氮的铝钪合金靶材及其制造方法 | |
| CN108971799B (zh) | 一种等离子弧堆焊用金属陶瓷合金粉末 | |
| CN107604299B (zh) | 一种隔热涂层用的复合材料及其涂层制备方法 | |
| Zhuang et al. | Preparation and properties of flame-sprayed Mo-FeB-Fe cermet coatings | |
| CN104911428A (zh) | 一种耐磨钼合金顶头及其制备方法 | |
| CN106811701A (zh) | 一种高强韧耐热vc钢结硬质合金的制备方法 | |
| CN100535150C (zh) | 一种多元成分硬面焊合金 | |
| CN1609274A (zh) | 一种碳化物/铁基合金复合涂层及其反应钎涂工艺 | |
| CN100451151C (zh) | 稀土添加堆焊合金及在铝基复合材料制备中的堆焊工艺 | |
| CN113215471B (zh) | 一种耐磨耐蚀三元硼化物/不锈钢复合材料及制备方法 | |
| CN111041401B (zh) | 一种铁基非晶-陶瓷叠层隔热涂层及其制备方法和应用 | |
| CN107779809A (zh) | 一种复合涂层耐磨球的制备方法 | |
| EP0748879A1 (en) | Method for producing a TiB2-based coating and the coated article so produced | |
| CN106811655A (zh) | 一种高强韧高耐磨vc钢结硬质合金的制备方法 | |
| CN110576176A (zh) | 一种高性能金刚石工具的制备方法 | |
| CN110484916A (zh) | 一种高速及超高速激光熔覆用镍基合金粉末 | |
| JP2012102362A (ja) | 硼化物サーメット系溶射用粉末 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |