提供了一种用于提高基体材料硬度和改善其耐磨性的硬相材料。该硬相材料是具有结构ＡｌＢ↓［８－１６］的铝硼化物材料。铝硼化物硬相可以通过将颗粒状铝硼化物与基体材料混合以及通过自基体材料中析出铝硼化物，来加入到基体材料中。包含铝硼化物硬相的材料可以用于涂层应用，以提供硬且耐磨的涂层。铝硼化物硬相也可以添加至冶金产品中，以改善冶金产品的硬度和耐磨性。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】耐磨材料 专利
本专利技术涉及硬相材料，并且尤其涉及可以用来提高涂层和冶金产品的硬度和耐磨性能的硬相材料。具体地，所公开的基于AlB8-16的铝硼化物在加入金属涂层基体时能够提高金属涂层的硬度。此处的本专利技术也涉及制备作为原材料的所述铝硼化物以及将其加入金属、陶瓷或聚合物基体材料的方法。此外，此处的本专利技术也涉及在特定合金组合物中以各种选定浓度选择性加入所述铝硼化物。 专利技术背景耐磨材料经常用于涂层或硬面堆焊(hardfacing)场合，以防止下面的材料受到摩擦、冲击、摩擦磨损以及类似可能带来破坏的机械作用。耐磨涂层或硬面堆焊可以包括一层均匀的硬或耐磨材料。但是，这类材料通常昂贵，而且，其自身可能不容易形成涂层。为此，一种开发耐磨涂层的策略是将硬相加入更容易实施涂覆或者硬面堆焊工艺并且成本更有效的材料中。通常，制备有效耐磨涂层材料可能需要将大体积分数的硬相加入涂层材料中。硬相，或者分散在耐磨涂层中的耐磨材料部分区(domain)通常是陶瓷材料。特别合适的陶瓷材料一般具有包括导致极强离子结合(但是某些情况下为共价键合)的电子转移的化学结构。其结果是非常稳定、强度高且高熔点的化合物。通常，耐磨涂层材料是加入所述硬相的陶瓷、金属或者聚合物材-->料。例如，所述硬相可以加入到铁基合金中。铁基合金允许在基体上涂覆涂层，而硬相则提供耐磨性能。就陶瓷硬相材料而言，所提供的硬相可以是分散在陶瓷、金属或聚合物基体中的颗粒。最近，已进行的大量研究开发目标是开发将碳化物材料加入韧性基体中的耐磨热喷涂和硬面堆焊合金。碳化物，例如碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)、碳化铬(Cr3C2)等已被用作韧性基体如钴、铁或镍中的硬相。作为耐磨涂层的一般范例，韧性组分允许在基体上形成成本有效的涂层，而碳化物材料提供所要求的耐磨性。已由硬氧化物发展了其他的耐磨涂层。例如，氧化钛(TiO2)、氧化锆(ZrO2)、氧化铝(Al2O3)等均已被用来形成耐磨涂层。对于加入碳化物硬相的涂层，氧化物硬相可以加入到金属基体中。此外，氧化物基涂层也可以通过将硬氧化物致密化形成陶瓷制备而成。除碳化物和氧化物之外，某些用途也可以使用硼化钛(TiB2)和硼化锆(ZrB2)。同碳化物和氧化物一样，包含硼化钛和硼化锆的耐磨涂层一般通过在金属、陶瓷或聚合物基体中提供硼化钛或硼化锆硬相来形成。 专利技术概述一种包含铝硼化物的耐磨材料，或者金属涂层或粉末材料或线材材料，或者冶金产品。所述铝硼化物的通式为AlB8-16，因此包括例如AlB8，AlB9，AlB10，AlB11，AlB12，AlB13，AlB14，AlB15和AlB16以及处于所述组成范围内的其它可选情况，以及它们的混合物。就方法而言，本专利技术包括一种形成包含通式为AlB8-16的铝硼化物的耐磨材料的方法，该方法包括提供通式为AlB8-16的铝硼化物，和将-->所述铝硼化物加入到金属材料、陶瓷材料和聚合物材料的一种之中。在另一个实施方案中，本专利技术的目标在于一种形成耐磨涂层的方法，该方法包括提供包括通式为AlB8-16的铝硼化物的材料，熔化所述材料，和将所述熔化材料涂覆在基体上，形成所述涂层。在又一个实施方案中，本专利技术的目标在于一种提高铁基合金硬度的方法，其包括提供具有硬度的铁合金、向所述铁合金中添加通式为AlB8-16的铝硼化物，以及通过添加所述铝硼化物提高所述铁合金的所述硬度。在又一个实施方案中，本专利技术的目标在于一种在合金中形成通式为AlB8-16的铝硼化物相的方法，其中作为元素或者以标准原料形式(例如对于硼是硼铁)添加铝和硼。具有通式AlB8-16的目标铝硼化物相随后通过在液相中析出、在凝固期间析出和/或在随后的通过后热处理进行的固态析出期间析出而形成。在又一个实施方案中，本专利技术的目标在于一种制备粉末原料的方法，其包括提供一种金属粉末，提供具有通式AlB8-16的铝硼化物，以及将所述金属粉末和所述铝硼化物组合以形成所述粉末原料。在又一个实施方案中，本专利技术的目标在于一种形成冶金产品的方法，其包括以粉末形式提供具有通式AlB8-16的铝硼化物，并且将所述铝硼化物形成选定形状。 本专利技术优选实施方案描述本专利技术的目标在于一种当加入基体材料中时能够提高硬度和耐磨-->性的硬相材料。具体地，本专利技术的硬相材料是式为AlB8-16的铝硼化物。优选所述铝硼化物是结构为AlB12的二元化合物，但是，本专利技术在介绍AlB12时并不局限于这一具体组成。按照本专利技术，可以通过铝硼化物与基体材料间的固-固混合、固液混合，将铝硼化物加入到基体材料中。此外，可以通过由含铝和硼的基体材料析出铝硼化物，来将铝硼化物加入到基体材料中。参见表1，所列出的是传统硬相材料试样的硬度和密度。铝硼化物的硬度和密度也在表1中给出。如表1所示，铝硼化物的硬度为26GPa，密度为2.58g/cm3。虽然铝硼化物的硬度与许多传统硬相材料相当，但是其密度比大多数其它硬相材料相对较低。铝硼化物与碳化钨之间的密度差特别大。与许多传统硬相材料相比的相对低的铝硼化物密度允许重量百分数低的多的铝硼化物在基体材料中形成体积分数相当高的硬相。因此，对于给定重量百分数而言，与许多传统硬相材料相比，基体材料可以容纳更多的铝硼化物。由表2的例子可以看出，加入优选的低密度铝硼化物相AlB12的有益效果。表1选定相的硬度* 相 硬度(GPa) 密度(g/cm3) C(金刚石) 70 3.52 BN(立方) 45-50 3.48 SiC 24-28 3.22 Al2O3 21-22 3.98 TiB2 30-33 4.50 WC 23-30 15.72 TiC 28-29 4.93 Si3N4 17-21 3.19 AlB12 26 2.58*来自Ames Lab，USDOE网站-->表2下述化学计量：(镍)100-x+(AlB12)x的重量/体积百分数 X＝ 重量百分数 体积百分数 10 2.2 7.3 20 4.9 15.0 30 8.1 23.3 40 12.0 32.1 50 17.0 41.5 60 23.5 51.5 70 32.4 62.3 80 45.1 73.9 90 64.9 86.4按照本专利技术，铝硼化物硬相可以优选作为金属基体中的第二相析出物形成。当通过液相或固相反应在金属基体中形成铝硼化物硬相时，不必将硬相机械混入到金属基体中。本领域的专业人士将认识到：当通过机械混合将硬相加入到金属基体时，由于液体溶解度的缘故，能够溶入到金属基体中的硬相浓度常常受到限制。根据本专利技术，金属体系如含铁、镍和钴的合金将大量硼和铝(铝加硼的量典型地最高达50at.％)溶入该合金体系液相的能力可以独一无二地原位形成铝硼化物硬相。可以通过将硼和铝作为独立组分，即非预制的铝硼化物溶解到合金体系中来实现原位铝硼化物硬相的形成。铝与硼可以在液相金属体系中相互反应形成铝硼化物。铝硼化物可以由液相金属体系析出，可以在凝固期间形本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种耐磨材料，其含有通式为ＡｌＢ↓［８－１６］的铝硼化物。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-1-29 60/540,4981.一种耐磨材料，其含有通式为AlB8-16的铝硼化物。2.根据权利要求1的耐磨材料，其中，所述材料包括金属材料、陶瓷材料和聚合物材料中的至少一种。3.根据权利要求2的耐磨材料，其中，所述金属材料包括铁、镍或钴材料中的一种。4.根据权利要求2的耐磨材料，其中，所述金属材料包括铁基合金，其中所述合金含有铬、钼和钨。5.根据权利要求2的耐磨材料，其中，所述陶瓷材料包括氧化铝、氧化钛或氧化锆中的一种。6.根据权利要求2的耐磨材料，其中，所述聚合物材料包括芳香族聚酰胺。7.根据权利要求2的耐磨材料，其中，所述聚合物材料包括聚烯烃材料。8.根据权利要求1的耐磨材料，其中，所述铝硼化物包括离散的铝硼化物颗粒。9.根据权利要求8的耐磨材料，其中，所述离散颗粒的尺寸范围为约0.5-500微米。10.根据权利要求1的耐磨材料，其中，所述铝硼化物在所述耐磨材料中的存在量为约5-90％体积。11.根据权利要求1的耐磨材料，其还包括铝。12.根据权利要求11的耐磨材料，其中，所述铝的存在量为约1-10at％。13.一种形成包含通式为AlB8-16的铝硼化物的耐磨材料的方法，其包括：(a)提供通式为AlB8-16的铝硼化物，(b)将所述铝硼化物加入到金属材料、陶瓷材料和聚合物材料中的一种之中。14.根据权利要求13的方法，其中，将所述铝硼化物加入到金属材料中的所述步骤包括，将所述铝硼化物与所述金属材料组合，并且将所述组合体喷雾干燥成粉末。15.根据权利要求13的方法，其中，提供所述铝硼化物的所述步骤包括，使铝和硼组合形成通式为AlB8-16的所述铝硼化物，将其与包括铁、镍或钴的金属材料组合，并雾化成颗粒形式。16.根据权利要求15的方法，其中，所述雾化步骤包括气雾化、水雾化或离心雾化方法中的一种。17.根据权利要求13的方法，其中，所述金属材料包括铁、镍或钴材料中的一种。18.根据权利要求13的方法，其中，所述金属材料包括Fe52.3Mn2Cr19Mo2.5W1.7B16C4Si2.5；Ni64Cr27Mo6Fe3；Ni54Cr22Mo2Fe22；Ni69Cu31；Ni63.0Cr24.6Mo8.2Fe3.3W0.7V0.2和它们的混合物中的一种。19.一种形成包含通式为AlB12的铝硼化物的耐磨材料的方法，其包括：(a)提供通式为AlB8-16...
【专利技术属性】
技术研发人员：DJ布兰纳根，B米查姆，
申请(专利权)人：纳米钢公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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