本发明专利技术提供了一种钼钨铬硼多元硼化物基金属陶瓷及其制备方法，属于工、模具等耐磨材料领域。主要制备工艺为：以单质钼粉、碳化钨粉、二硼化钛粉和单质铬粉为原料，经过球磨混合、干燥、成形和烧结步骤制得了多元硼化物基金属陶瓷。本发明专利技术通过钼、钨和铬的协同作用，使钼钨铬硼多元硼化物基金属陶瓷的使用温度提高了400℃，可以达到1300℃以上，同时其还保持了良好的洛氏硬度和抗弯强度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，主要应用于工、 模具等耐磨材料领域。
技术介绍
目前，常用的刀具材料是工具钢、硬质合金、刀具陶瓷和超硬刀具材料。其中硬质 合金约占全部刀具的60%，硬质合金也称为工业的"牙齿"。硬质合金主要包含钨和钴，而 钨元素在地壳中含量稀少，故称之为战略金属，目前，我国正以占世界35%的钨储量向世界 提供80%的钨需求。钨资源的大量消耗不利于传统硬质合金产业的可持续发展。寻求无钨 硬质合金或部分替代钨的硬质合金是当今工、模具材料领域的一个研究方向。 金属陶瓷包括硬质相和粘结相。硬质相，由于过渡金属碳化物、氮化物、硼化物具 有较高的强度、硬度、耐磨性和热稳定性而被广泛用作金属陶瓷的硬质相，其中研究最多的 是以WC、TiC、TiN、Ti (C，N)、TiB2等化合物为硬质相，以Co、Ni、Fe等金属或合金为粘结相 的金属陶瓷。TiC基金属陶瓷、TiN基金属陶瓷和Ti(C，N)基金属陶瓷具有较低的韧性而难 以媲美传统的WC基硬质合金。而对于TiB 2基金属陶瓷，由于TiB 2较低自扩散系数使其烧 结性差，且在烧结过程中易于与粘结金属反应生成脆性第三相，因此，TiB2S金属陶瓷难以 用传统粉末冶金方法制备成致密材料，性能不佳。 三元硼化物同样具有二元硼化物的高硬度、耐磨性和化学稳定性，日本株式会社 的研究人员利用二元硼化物易于金属粘结相反应的特性，以二元硼化物（MoB、FeB、WB等） 和金属Ni、Fe、Co等为原料，通过"反应硼化烧结"法制备出了 Mo2NiB2-Ni、Mo2FeB2-Fe和 WCoB-Co三元硼化物基金属陶瓷，三元硼化物硬质相（M 〇2NiB2、M〇2FeB2、WC〇B)是在烧结过程 中由二元硼化物和金属基体通过硼化反应烧结而成的。这种方法制备的硬质相是在金属基 体中形核长大，因此，硬质相表面无污染，硬质相与金属相的相溶性良好，界面结合强度较 高，所以此类金属陶瓷具有优异的综合力学性能，其良好的耐腐蚀性和韧性也尤为突出，硬 度虽差于TiC基金属陶瓷和WC硬质合金，但已经广泛应用在注射成型机、铜的热挤压模、海 水栗轴承等领域。 在我国，多元硼化物基金属陶瓷的研究主要集中在钢基体上硬质涂层的制备上， 利用含Ni、Cr、Mo、C等粉末与硼或硼化物混合粉末与铁基体在高温下反应生成多元硼化 物，在通过高温液相烧结达到完全致密。张国军等人用钼粉，镍粉和硼粉通过"硼化反应 烧结法"成功制备出M 〇2NiB2S元硼化物基金属陶瓷，其硬质相具有正交结构。除此之外， M3B 2(M = Mo，Ni，Cr)多元硼化物基金属陶瓷的研究很少见到有文献报道。由于我国在近几 年才开始研究多元硼化物金属陶瓷，目前主要在结构、性能和制备方面研究，在工业领域的 实际应用研究还有待进一步的深入。目前应用主要存在两个问题：一是由于制备多元硼化 物金属陶瓷所需的二元硼化物价格昂贵，因此生产成本高，二是所制备的金属陶瓷性能可 靠性和重现性差。 专利CN 1017013311A公开了一种以四方结构M3B2(M = Mo, Ni，Cr)多元硼化物 为硬质相的金属陶瓷的制备方法，属于工、模具等耐磨材料领域。主要制备工艺为：以单质 钼粉、羰基镍粉、无定形硼粉和单质铬粉为原料，经过球磨混合、干燥、成形和烧结步骤制得 了多元硼化物基金属陶瓷，其硬质相为四方结构的M 3B2(M = Mo, Ni，Cr)，粘结相为NiMo合 金。该方法制备得到的金属陶瓷虽然具有良好的洛氏硬度和抗弯强度，但是其耐高温性能 较低，其使用温度最高为900 °C。
技术实现思路
针对现有技术中金属陶瓷的使用温度不高的问题，本专利技术提供了一种钼钨铬硼多 元硼化物基金属陶瓷及其制备方法，通过钼、钨和铬的协同作用，使钼钨铬硼多元硼化物基 金属陶瓷的使用温度提高了 400°C，可以达到1300°C以上，同时其还保持了良好的洛氏硬 度和抗弯强度。 本专利技术的技术方案如下： 第一方面，一种钼钨铬硼多元硼化物基金属陶瓷，其特征在于，所述金属陶瓷主要 由以下组分按重量份计制备得到： 钼粉 30~40份 碳化钨粉 20~30份 二硼化钛粉 15~20份 铬粉 2M0份。 其中，钼粉的重量份可为30份、32份、34份、36份、38份或40份；碳化钨粉的重量 份可为20份、22份、24份、26份、28份或30份等；二硼化钛粉的重量份可为15份、16份、17 份、18份、19份或20份等；络粉的重量份可为20份、22份、24份、26份、28份或30份等。 优选地，所述金属陶瓷主要由以下组分按重量份计制备得到： 钼粉 36份 碳化钨粉 25份 二硼化钛粉 17份 铬粉 25份。 第二方面，本专利技术提供了上述钼钨铬硼多元硼化物基金属陶瓷的制备方法，包括 以下几个步骤：以钼粉、碳化钨粉、铬粉和二硼化钛粉为原料，依次通过球磨混合、压制成形 和烧结步骤制得以四方结构的M3B 2(M = Mo，W和Cr)多元硼化物为硬质相，以WMo为粘结相 的金属陶瓷。 所述原料中，二硼化钛粉的重量份为15~20份，钼粉的的重量份为30~40份， 碳化钨粉的重量份为20~30份，铬粉的重量份为20~30份。另外添加质量分数为0. 3% 的石墨作为除氧剂和烧结助剂；烧结致密的条件为：在真空或惰性气氛下将压制生坯烧结 致密，升温速度为5~10°C /min，烧结温度为1200~1500°C，保温时间30~90min。 所述的钼粉的纯度> 99. 0%，粒度< 3微米；碳化钨粉的纯度> 99. 5%，粒度< 3 微米；二硼化钛粉的纯度> 99. 0%，粒度< 10微米；铬粉的纯度> 99. 5%，粒度-325目。 所述钼镍铬硼多元硼化物基金属陶瓷的具体制备方法，其特征在于： (1)所述球磨混粉过程中，采用干混方式，以不锈钢球或Zr02球为球磨介质，球料 比为（2~3) : 1，混粉时间为16~20小时。 (2)在90~120MPa的压力下将粉末压实成型，保压时间30~60秒。 (3)在真空或惰性气氛下将压制生坯烧结致密，升温速度为5~10°C /min，烧结温 度为1200~1500°C，保温时间30~90min。 对采用上述方法制备的金属陶瓷进行力学性能测试，洛氏硬度可达86~90HRA， 抗弯强度可达1350~1500MPa，使用温度可达1300°C以上。 对采用上述方法制备的金属陶瓷进行断裂面和显微组织观察，发现颗粒分布均 匀，大小在10微米左右，断裂方式主要是沿晶断裂。 与现有技术相比，本专利技术的特点在于：当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钼钨铬硼多元硼化物基金属陶瓷，其特征在于，所述金属陶瓷主要由以下组分按重量份计制备得到：
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：唐靖岚，
申请(专利权)人：无锡清杨机械制造有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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