一種Mo₂FeB₂基鋼結硬質合金的制備方法

專利名稱：一種Mo₂FeB₂基鋼結硬質合金的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種Mo2FeB2基鋼結硬質合金的制備技術，屬于結構功能材料制備領域，為制備高性能Mo2FeB2基鋼結硬質合金提供了一種產品性能穩定，成本低，工藝可控，可實現工業化的新技術。
背景技術：
硬質合金中常用的硬質相材料包括碳化物、氧化物、氮化物和硼化物。其中硼化物具有高熔點、高硬度、高耐磨性和高抗腐蝕性能，被視為較有發展前景的硬質相材料。Mo2FeB2具有良好的耐磨性、耐腐蝕性和耐高溫性，以及高的導電率，在耐磨和耐蝕等領域中得到了廣泛的應用和發展。與TiC相比，Mo2FeB2具有更好與鋼的潤濕性，更高的硬度。與WC相比，具有相當的強度，體積密度更小，價格便宜。Mo2FeBjK念最先由日本Ken-ichi Takagi提出，其采用硼化反應燒結的方法，利用FeB、Mo、羰基鐵粉燒結過程中三種原料之間的硼化反應原位合成Mo2FeB2，從而制備出Mo2FeB2金屬陶瓷。由于金屬陶瓷燒結過程中同時進行著Mo2FeB2相的形成，因而原料的化學反應程度對燒結溫度、反應氣氛有著強烈敏感性，組織變化難以控制，制備出的Mo2FeB2金屬陶瓷性能極其不穩定。

發明內容
本發明目的在于提供一種制備Mo2FeB2三元復合硼化物粉末的方法，制備出的Mo2FeB2純度較高，無雜質相，易破碎或無需破碎。進而采用Mo2FeB2三元復合硼化物粉末制備出低能耗、產品性能穩定的高性能Mo2FeB2基鋼結硬質合金。該技術首先是利用BN、羰基鐵、Mo真空燒結反應制備純Mo2FeB2粉。以此#印2為硬質相，鐵基合金粉為粘結相，經混合、壓制、燒結后制得高性能的Mo2FeB2基鋼結硬質合金。該技術關鍵在于Mo2FeB2硬度高，導電率高，具有良好的耐磨性、耐腐蝕性和耐高溫性，且與鋼基體的潤濕性良好，是一種比較有發展前途的硬質相材料。與傳統的硬質合金相比，具有相當的強度和硬度，對于發展不含鎢、鈷等貴金屬材料具有重要的經濟意義和戰略意義。能耗低，工藝可控，可實現工業化需求。本發明在傳統的硬質合金制備基礎上并結合Mo2FeB2優異性能，采用BN、羰基鐵、Mo作為原料，先反應燒結合成高純度Mo2FeB2粉，然后將其作為硬質相，鐵基合金粉作為粘結相，制備Mo2FeB2基鋼結硬質合金。具體技術工藝如下
(I)Mo2FeB2三元復合硼化物粉的制備采用BN、羰基鐵、Mo作為合成Mo2FeB2的反應原料，分別占質量分數l(T20wt%、l(T20Wt%、6(T80Wt%，普通球磨機混合均勻，采用真空燒結，燒結溫度在120(Tl40(rC，最終經破碎得到Mo2FeB2粉末。
(2)混合粉制備以Mo2FeB2粉末作為鋼結硬質合金的硬質相，鐵基合金粉為粘結相，采用普通球磨進行混料，以丙酮為介質，球磨時間1(T48 h，經真空干燥60°C保溫Γ8h得到混合粉。(3)成形采用普通冷壓成形，以汽油橡膠為成形劑，添加量為每IOOg粉2(T30ml
汽油橡膠。(4)燒結采用真空脫膠-燒結一體化燒結工藝，燒結溫度在110(Tl20(rC，保溫時間O 30 min。本發明提出了 Mo2FeB2三元復合硼化物粉的制備及此#682基鋼結硬質合金的制備方法，與傳統的制備工藝相比，其優點在于
1、制備Mo2FeB2粉純度高，無雜質相，易破碎或無需破碎。2、Mo2FeB2硬度高，導電率高，具有良好的耐磨性、耐腐蝕性和耐高溫性，且與鋼基體的潤濕性良好，是一種極具發展前景的鋼結硬質合金的硬質相材料。其組織易控制，力學性能優異，性能穩定。3、該鋼結硬質合金的燒結溫度低，能耗低，適用于工業化需求。
具體實施例方式實施實例I :成分70wt%Mo2FeB2_5wt%Cr_3. 0wt% Ni_Fe 余量，Mo2FeB2 基鋼結硬質合金的制備。I、稱取BN粉100g，羰基鐵粉100g、Mo粉300g，合計500g。放入滾動球磨機中干混4h。其中球料比為7:1。球磨機轉速為70rad/min。2、混合后的粉末裝入陶瓷坩堝密封后放入真空爐中，加熱至1300°C保溫30min。加熱速度為7°C /min。然后爐冷至室溫。3、燒結后得到的Mo2FeB2粉經高頻振動球磨機振動12h破碎至Ium左右。4、按照質量分數70wt% Mo2FeB2_5wt%Cr_3. Owt%Ni_Fe余量配得原料粉末合計500go采用濕混的方式進行滾動球磨混料。球磨機轉速為70rad/min。其中球料比為7:1,球磨介質為丙酮。丙酮用量剛好沒過球磨珠即可。球磨時間為48h.
5、混合均勻后的粉末在鼓風干燥箱中烘干，干燥溫度為60°C。干燥后的粉末摻入汽油橡膠，其中汽油橡膠的用量100ml。混合均勻后用鼓風干燥箱烘干，過60目的篩網造粒。6、采用單向壓機將造粒后的粉末壓制成5X5X35mm的矩形條還體。其壓力為280Mpa.
7、將壓制好的坯體放入真空燒結爐中燒結。其燒結溫度為1120°C，保溫20min。爐冷
至室溫。8、采用萬能試驗機測定硬質合金的三點抗彎強度為2300Mpa，采用洛氏硬度儀測定合金的硬度為89HRA。實施實例2 :成分質量分數 30wt%Mo2FeB2_8wt%Cr_3. 0wt% Ni_Fe 余量,Mo2FeB2S鋼結硬質合金的制備。I、稱取BN粉50g，羰基鐵粉50g、Mo粉400g，合計500g。放入滾動球磨機中干混4h。其中球料比為7:1。球磨機轉速為70rad/min。2、混合后的粉末裝入陶瓷坩堝密封后放入真空爐中，加熱至1400°C保溫lOmin。加熱速度為7V /min。然后爐冷至室溫。3、燒結后得到的Mo2FeB2粉經高頻振動球磨機振動12h破碎至Ium左右。4、按照質量分數30wt% Mo2FeB2_8wt%Cr_3. Owt%Ni_Fe余量配得原料粉末合計500go采用濕混的方式進行滾動球磨混料。球磨機轉速為70rad/min。其中球料比為7:1,球磨介質為丙酮。丙酮用量剛好沒過球磨珠即可。球磨時間為48h.
5、混合均勻后的粉末在鼓風干燥箱中烘干，干燥溫度為60°C。干燥后的粉末摻入汽油橡膠，其中汽油橡膠的用量120ml。混合均勻后用鼓風干燥箱烘干，過60目的篩網造粒。6、采用單向壓機將造粒后的粉末壓制成5X5X35mm的矩形條還體。其壓力為280Mpa.
7、將壓制好的坯體放入真空燒結爐中燒結。其燒結溫度為1100°C，保溫20min。爐冷
至室溫。8、采用萬能試驗機測定硬質合金的三點抗彎強度為2000Mpa，采用洛氏硬度儀測定合金的硬度為76HRA。實施實例3 :成分質量分數 70wt%Mo2FeB2_3Cr_2. 0% V_3%ff_Fe 余量，Mo2FeB2 基鋼結硬質合金的制備。I、稱取BN粉60g，羰基鐵粉70g、Mo粉370g，合計500g。放入滾動球磨機中干混4h。其中球料比為7:1。球磨機轉速為70rad/min。2、混合后的粉末裝入陶瓷坩堝密封后放入真空爐中，加熱至1400°C保溫Omin。加熱速度為7°C /min。然后爐冷至室溫。3、燒結后得到的Mo2FeB2粉經高頻振動球磨機振動12h破碎至Ium左右。4、按照 70wt% Mo2FeB2_3wt%Cr_2. Owt% V_3wt%ff_Fe 余量配得原料粉末合計 500g。采用濕混的方式進行滾動球磨混料。球磨機轉速為70rad/min。其中球料比為7:1,球磨介質為丙酮。丙酮用量剛好沒過球磨珠即可。球磨時間為48h.
5、混合均勻后的粉末在鼓風干燥箱中烘干，干燥溫度為60°C。干燥后的粉末摻入汽油橡膠，其中汽油橡膠的用量150ml。混合均勻后用鼓風干燥箱烘干，過60目的篩網造粒。6、采用單向壓機將造粒后的粉末壓制成5X5X35mm的矩形條還體。其壓力為280Mpa.
7、將壓制好的坯體放入真空燒結爐中燒結。其燒結溫度為1140°C，保溫20min。爐冷
至室溫。8、采用萬能試驗機測定硬質合金的三點抗彎強度為2600Mpa，采用洛氏硬度儀測定合金的硬度為84HRA。
權利要求
1.一種Mo2FeB2基鋼結硬質合金的制備方法，其特征包括以下工藝步驟 (I)Mo2FeB2三元復合硼化物粉的制備采用BN、羰基鐵、Mo作為合成Mo2FeB2的反應原料，分別占質量分數l(T20wt%、l(T20Wt%、6(T80Wt%，球磨機混合均勻，采用真空燒結，燒結溫度在120(Tl400°C，最終經破碎得到Mo2FeB2粉末； (2)混合粉制備以Mo2FeB2粉末作為鋼結硬質合金的硬質相，鐵基合金粉為粘結相，采用普通球磨進行混料，以丙酮為介質，球磨時間1(T48 h，經真空干燥60°C保溫Γ8 h得到混合粉； (3)成形以步驟2的混合粉為原料，以汽油橡膠為成形劑，采用普通冷壓成形，成形劑添加量為每IOOg混合粉2(T30ml汽油橡膠； (4)燒結采用真空脫膠-燒結一體化燒結工藝，燒結溫度在110(Tl20(rC，保溫時間O 30 min。
2.根據權利要求I所述的Mo2FeB2基鋼結硬質合金的制備方法，其特征在于Mo2FeB2H元復合硼化物粉末粒度在f 100 μ m。
3.根據權利要求I所述的Mo2FeB2基鋼結硬質合金的制備方法，其特征在于混合粉制備中Mo2FeB2粉末作為硬質相的含量質量分數為2(T80 wt%。
4.根據權利要求I所述的Mo2FeB2基鋼結硬質合金的制備方法，其特征在于粘結相鐵基合金粉為不銹鋼粉、高速鋼粉、高錳鋼粉、合金鋼粉或耐熱鋼粉。
全文摘要
一種Mo2FeB2基鋼結硬質合金的制備方法，屬于結構功能材料制備領域。本發明采用BN、羰基鐵、Mo作為反應原料先制備出高純度的Mo2FeB2三元復合硼化物粉。用所制備的Mo2FeB2粉作為硬質相，鐵基合金粉作為粘結相，制備Mo2FeB2基鋼結硬質合金。其優點在于(1)制備出Mo2FeB2粉純度高，無雜質相，易破碎或無需破碎。(2)Mo2FeB2硬度高，導電率高，具有良好的耐磨性、耐腐蝕性和耐高溫性，且與鋼基體的潤濕性良好，其鋼結硬質合金組織易控制，力學性能優異，性能穩定。(3)鋼結硬質合金的燒結溫度低，能耗低，適用于工業化需求。
文檔編號C22C1/05GK102618769SQ20121009664
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月5日 優先權日2012年4月5日
發明者劉翔慶, 屈彥杰, 方哲成, 曾鮮, 石永亮, 郭志猛 申請人:北京科技大學