[发明专利]一种双硬质相复合强化的硼化物基金属陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属陶瓷及其制备方法，特别是涉及一种以Fe₂B相和Mo₂FeB₂相复合强化的硼化物基金属陶瓷及其制备方法，该双硬质相复合强化的硼化物基金属陶瓷适用于矿山、冶金、煤炭和电力等行业，适用于制备耐磨耐腐蚀部件及相应的涂层和用于电火花沉积用电极材料等。 

背景技术

钨钴类硬质合金具备高硬度，高耐磨性及高的耐热性等优点，但由于该类合金含价格昂贵且作为战略金属的钨，钴量占材料总质量分数的90%以上，而使它仅在刀具，某些模具及轧辊的辊套等极有限的领域得到应用。开发出含此类贵重金属少，同时又兼具高硬度，高耐磨性等优点的材料是当前耐磨材料领域研究的重点之一。

过渡族金属硼化物具有高硬度、高熔点、优良的导电性、导热性及耐蚀性，从而使以它为基的金属陶瓷在耐磨、耐腐蚀及耐高温材料领域具有巨大的发展潜力及广阔的应用前景，这也使得硼化物基金属陶瓷成为当前最有发展前途的金属陶瓷。

在过渡族金属硼化物中，Fe₂B相的多项性能优异，渗硼之所以能显著提高金属表面的硬度、耐磨性和耐蚀性，其核心是通过渗硼可以在金属表面形成一薄的硼化物层，一般为单相的、厚度为0.07～0.15mm的Fe₂B层。Fe₂B相的硬度高达1300～1800HV，且仅含Fe、B两种来源十分广泛且极其廉价的元素，不足的是Fe₂B相脆性大，作为大块块体材料整体使用时其强度极低，例如，中国发明专利CN 102211778 A公开了一种提高耐熔融锌腐蚀的Fe₂B材料强度的方法，但结果表明，即使通过Cr增强后的Fe₂B材料的抗弯强度也仅为71MPa。

Mo₂FeB₂基金属陶瓷的硬度及抗弯强度相当于硬质合金，其范围分别为80～92HRA和1.2～2.6GPa。另外，Mo₂FeB₂基金属陶瓷还具备优异的耐腐蚀、耐高温及耐热冲击性能。在国外，它已被成功的应用于拉丝模、有色金属挤出模及各种高性能滑动轴承等工程领域。然而，该金属陶瓷中唯一的强化相Mo₂FeB₂中包含昂贵的Mo元素，大量Mo的使用会极大的降低材料的性价比。用多项性能优异且价格极其低廉的Fe₂B相大量替代Mo₂FeB₂基金属陶瓷中含大量昂贵金属Mo的Mo₂FeB₂相，并采用适当的方法提高材料的强度，将有望制得一种性价比极高的材料。

     在Mo₂FeB₂基金属陶瓷的制备中，制备所用初始原料极易氧化而生成金属氧化物和B₂O₃，研究发现，这会极大的降低最终烧结材料的各项性能指标。为了尽量降低原料中本来就含有的氧，一般通过在原料中加入少量的碳，以便在随后的烧结过程中碳还原原料中的氧，然而，B₂O₃却很难被碳所还原；为了避免混料过程中的氧化，现有制备工艺都采用湿混工艺，即采用无水乙醇或丙酮等液体作为球磨介质，隔绝氧气，达到防氧化的目的。但该工艺也会产生如下问题，首先，大量球磨介质的使用必将大大的增加生产成本；其次，像丙酮类球磨介质是有毒物质，且极易挥发，对环境及工作人员都有潜在的危害；最后，混合料湿混过后一般需要真空干燥才能保证混合料在干燥过程中不被氧化，这些操作不但增加了工序及设备，还延长了生产周期，不利于综合效益的提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种性价比高的双硬质相复合强化的硼化物基金属陶瓷及其制备方法。

为达到上述目标，本发明采用下述技术方案：