CN115786757A - 一种Mo2NiB2-Al2O3基复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Mo2NiB2‑Al2O3基复合材料的制备方法。所公开的方法包括：将Mo、Ni、B、Al2O3和Cr粉的混合粉体依次进行球磨、压制成型制得坯体，之后将所述坯体在真空碳管炉中进行烧结，制备Mo2NiB2‑Al2O3基复合材料；按质量百分比计：Mo为47.0％～61.0％，Ni为24.0％～36.0％，B为2.0％～8.0％，Al2O3为2.0％～10.0％，Cr为1.0％～9.0％。本发明中制成的复合材料中包含Mo2NiB2硬质相、Ni基粘结相和Al2O3增强相，其抗冲蚀磨损能力良好。
Description
技术领域
本发明涉及Mo2NiB2基金属陶瓷相关技术，属于结构功能材料领域。具体涉及一种Mo2NiB2-Al2O3基复合材料的制备方法。
背景技术
许多材料的服役工况是在海水里，比如，舰船动力泵的泵盖、叶轮和泵体等材料，这些零部件经年累月泡在海水里。海水中会携带大量沙子冲刷这些零部件，造成其磨损失效。此外海水是一种腐蚀性很强的电解质，也会腐蚀这些材料，并且冲蚀与磨损产生的交互作用更会加速材料的失效。我国每年都有大量材料因此消耗，带来巨大的经济损失。
Mo2NiB2基金属陶瓷由Mo2NiB2硬质相和Ni粘结相组成，兼具陶瓷相的高硬度、高弹性模量、高熔点、良好的红硬性和高化学稳定性等优点，以及金属粘结相的高强度、高韧性，所以金属陶瓷具有优异的力学性能和良好的耐腐蚀、耐磨损等特性。特别地，Ni粘结相其抗腐蚀能力较强。因此，Mo2NiB2基金属陶瓷可作为耐冲蚀磨损的理想材料，目前已能满足常规服役工况。但是，随着海洋使用环境的需求增加，材料服役环境进一步恶劣，对Mo2NiB2基金属陶瓷的抗冲蚀磨损能力也提出了更高的要求。
发明内容
针对现有技术的缺陷或不足，本发明提供了一种Mo2NiB2-Al2O3基复合材料的制备方法。
为此，本发明所提供的制备方法包括：将Mo、Ni、B、Al2O3和Cr粉的混合粉体依次进行球磨、压制成型制得坯体，之后将所述坯体在真空碳管炉中进行烧结，制备Mo2NiB2-Al2O3基复合材料；
按质量百分比计：Mo为47.0％～61.0％，Ni为24.0％～36.0％，B为2.0％～8.0％，Al2O3为2.0％～10.0％，Cr为1.0％～9.0％。
可选的，烧结工艺参数为：将温度自室温以5～15℃/min的升温速率升至1200～1300℃，并保温0～60min，之后炉冷至室温。
进一步，所述Mo2NiB2-Al2O3基复合材料中包含三相：Mo2NiB2硬质相，Ni基粘结相，Al2O3增强相。所述Mo2NiB2-Al2O3基复合材料的冲蚀磨损体积损失为7.6～8.4mm3·m-2。
相比于现有技术，①本发明工艺过程简单，成本较低，制成的Mo2NiB2-Al2O3基复合材料中包含Mo2NiB2硬质相、Ni基粘结相和Al2O3增强相；②Mo2NiB2-Al2O3基复合材料具有良好的抗冲蚀磨损能力。
附图说明
图1为本发明实施例3中Mo2NiB2-Al2O3基复合材料的XRD图谱；
图2为本发明实施例3中Mo2NiB2-Al2O3基复合材料的显微组织照片。
具体实施方式
除非有特殊说明，本文中的科学与技术术语及方法根据相关领域普通技术人员的认识理解或采用已有相关方法实现。还应理解，本文涉及的温度、保温时长是近似值，用于说明目的。虽然与本文描述的方法和材料相似或等价的方法和材料可以用于本公开的实施，但下文描述了部分适合的方法和材料。本文提到的出版物、专利申请、专利和其他参考文献以引用方式部分纳入本文，如出现冲突，以本文为准。另外，所述材料、方法、物料配比和实施例仅是示例性的，而并不意欲进行限制。具体方案中，本领域技术人员可以根据本发明所公开内容采用常规实验时段对方法中所涉及的物质配比、操作参数取值进行优化以实现本发明的目的。
本发明所述压制成型的目的是使粉状原料初步致密化，所制得的坯体形状与大小取决于模具形状。现有陶瓷领域所用模具如容积尺寸大于3mm*3mm的模具均适用于本发明。
本发明工艺中在真空碳管炉中进行烧结，本领域技术人员在本发明公开内容基础上，针对不同配方材料及本发明的效果，可以采用常规实验手段对具体烧结进行优化，以下实施例所采取的具体烧结工艺仅为一种具体示例，以对本发明的方案做解释说明，本发明的烧结工艺并不限于此。烧结工艺条件示例，将温度自室温以5～15℃/min的升温速率升至1200～1300℃，并保温0～60min，之后炉冷至室温。
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。本发明实施例中所用原材料Mo、Ni、B、Al2O3和Cr粉均为市售的化学纯粉末试剂。球磨采用行星式球磨机(QM-3SP4)。但本发明并不限于这些具体设备。
本发明中使用旋转式冲蚀磨损试验机(MF-20)进行Mo2NiB2-Al2O3基复合材料的冲蚀磨损试验；冲蚀介质为含砂量为60kg/m3的3.5％NaCl溶液(模拟海水)，砂粒材料为石英砂，粒度范围为20目～120目，硬度范围为Hv1100-1200。冲蚀时间为12h，冲击角度为30°，冲击速度为10m/s。
实施例1：
本实施例选用纯度不低于99.0％的Mo、Ni、B、Al2O3和Cr粉作为原料，按质量百分比为：Mo为61.0％，Ni为28.0％，B为8.0％，Al2O3为2.0％，Cr为1.0％；
将混合粉末进行球磨、压坯制成圆柱状(直径44mm，高度8～9mm)坯体；
随后将坯体放入真空碳管炉中进行烧结，烧结工艺参数为：将温度自室温以5℃/min的升温速率升至1200℃，并保温0min，之后炉冷至室温。
本实施例中制备得到的Mo2NiB2-Al2O3基复合材料包含Mo2NiB2硬质相、Ni基粘结相和Al2O3增强相，其冲蚀磨损体积损失为8.4mm3·m-2。
实施例2：
本实施例选用纯度不低于99.0％的Mo、Ni、B、Al2O3和Cr粉作为原料，按质量百分比为：Mo为54.0％，Ni为30.0％，B为5.0％，Al2O3为6.0％，Cr为5.0％；
将混合粉末进行球磨、压坯制成圆柱状(直径44mm，高度8～9mm)坯体；
随后将坯体放入真空碳管炉中进行烧结，烧结工艺参数为：将温度自室温以10℃/min的升温速率升至1250℃，并保温30min，之后炉冷至室温。
本实施例中制备得到的Mo2NiB2-Al2O3基复合材料包含Mo2NiB2硬质相、Ni基粘结相和Al2O3增强相，其冲蚀磨损体积损失为7.9mm3·m-2。
实施例3：
本实施例选用纯度不低于99.0％的Mo、Ni、B、Al2O3和Cr粉作为原料，按质量百分比为：Mo为47.0％，Ni为32.0％，B为2.0％，Al2O3为10.0％，Cr为9.0％；
将混合粉末进行球磨、压坯制成圆柱状(直径44mm，高度8～9mm)坯体；
随后将坯体放入真空碳管炉中进行烧结，烧结工艺参数为：将温度自室温以15℃/min的升温速率升至1300℃，并保温60min，之后炉冷至室温。
本实施例中制备得到的Mo2NiB2-Al2O3基复合材料包含Mo2NiB2硬质相、Ni基粘结相和Al2O3增强相(XRD图谱见图1)，显微组织见图2；复合材料的冲蚀磨损体积损失为7.6mm3·m-2。
对比例：
该对比例与实施例3不同的是，原料中不包含Al2O3和Cr粉。
该对比例得到的Mo2NiB2基复合材料包含Mo2NiB2硬质相和Ni基粘结相，其冲蚀磨损体积损失为9.5mm3·m-2。
上述实施例及对照例复合材料测试性能如表1所示。
表1复合材料的力学性能
| 样品 | 冲蚀磨损体积/mm<sup>3</sup>m<sup>-2</sup> |
| 对比例 | 9.5 |
| 实施例1 | 8.4 |
| 实施例2 | 7.9 |
| 实施例3 | 7.6 |
从表1测试结果可以看出，与对比例相比，本发明制备得到的Mo2NiB2-Al2O3基复合材料的抗冲蚀磨损能力增强，冲蚀磨损体积减小可达20.0％，抗冲蚀磨损性能得到较大幅度提升。
Claims (4)
1.一种Mo2NiB2-Al2O3基复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将Mo、Ni、B、Al2O3和Cr粉的混合粉体依次进行球磨、压制成型制得坯体，之后将所述坯体在真空碳管炉中进行烧结，制备Mo2NiB2-Al2O3基复合材料；
按质量百分比计：Mo为47.0％～61.0％，Ni为24.0％～36.0％，B为2.0％～8.0％，Al2O3为2.0％～10.0％，Cr为1.0％～9.0％。
2.根据权利要求1所述的Mo2NiB2-Al2O3基复合材料的制备方法，其特征在于，烧结工艺参数为：将温度自室温以5～15℃/min的升温速率升至1200～1300℃，并保温0～60min，之后炉冷至室温。
3.根据权利要求1所述的Mo2NiB2-Al2O3基复合材料的制备方法，其特征在于，所述Mo2NiB2-Al2O3基复合材料中包含三相：Mo2NiB2硬质相，Ni基粘结相，Al2O3增强相。
4.根据权利要求1所述的Mo2NiB2-Al2O3基复合材料的制备方法，其特征在于，所述Mo2NiB2-Al2O3基复合材料的冲蚀磨损体积损失为7.6～8.4mm3·m-2。
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