一种MoFeB基金属陶瓷涂层的制备方法技术

本发明专利技术提供一种MoFeB基金属陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：(1)按以下原料组成配料：Fe粉7.0‑11.2份，FeB粉28.0‑32.0份，Mo粉46.0‑48.0份，Y粉1‑2份，Cr粉2‑3份，Ni粉2‑4份，Mn粉2‑4份，C粉1‑2份；(2)用球磨机对步骤(1)的原料粉碎、混合，氩气气氛干磨，过筛过滤；(3)将步骤(2)制备的原料粉末于SPS烧结炉中烧结，烧结制度：常温将粉末装入模具放入SPS烧结炉中，经过放电等离子烧结、保温、随炉冷却至室温；炉体内保持真空。本发明专利技术的有益效果是利用Y的“稀土效应”，从整体上提高Mo

【技术实现步骤摘要】
一种MoFeB基金属陶瓷涂层的制备方法
本专利技术属于材料化学
，尤其是涉及一种MoFeB基金属陶瓷涂层的制备方法。
技术介绍
钢铁工业是我国国民经济的基础，而模具被称为是工业发展的“基石”。随着科学技术高速发展和模具工作环境的恶化，单纯的金属材料已经不能满足模具行业的要求。模具的失效形式一般为塑性变形、磨损、断裂或开裂、金属疲劳及腐蚀等等。而其中磨损是模具失效损坏的主要形式。而从经济效益以及能源资源利用率上考虑模具表面改性和表面强化是提高模具使用性能以及延长模具使用寿命的不二选择。三元硼化物基金属陶瓷是一种性能优良的新型材料,有很大的发展潜力。三元硼化物基金属陶瓷具有极高的强度、硬度、断裂强度以及优良的耐热性能和耐腐蚀性能，因此经常应用于注塑机械零件、铜的热挤压模具等高磨损的环境中。其中Mo2FeB2基金属陶瓷既保持了陶瓷的高强度、高硬度、耐磨损、耐高温、抗氧化和化学稳定性等特性，又具有较好的金属韧性和可塑性，而且还可以与钢基体可以产生良好的冶金结合，因此是模具表面改性的合适的材料选择。
技术实现思路
本专利技术的目的是为进一步提高Mo2FeB2基金属陶瓷的综合性能，即同时提高其硬度和韧性，以为模具钢表面改性提供更好的材料选择。通过在原料中添加适量单质Y粉末，Y的“稀土效应”可以有效降低Mo2FeB2基金属陶瓷的晶粒大小，同时稀土元素活性大容易与杂质元素结合并排出以减少杂质含量以及缺陷的存在，从而从整体上提高Mo2FeB2基金属陶瓷的硬度、韧性并改善其致密度以及孔隙率。本专利技术的技术方案是：一种MoFeB基金属陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：(1)按以下原料组成配料：Fe粉7.0-11.2份，FeB粉28.0-32.0份，Mo粉46.0-48.0份，Y粉1.0-2.0份，Cr粉2.0-3.0份，Ni粉2.0-4.0份，Mn粉2.0-4.0份，C粉1.0-2.0份；(2)使用球磨机对步骤(1)的大颗粒原料进行粉碎与混合，在氩气气氛保护下干磨，随后过筛过滤掉大颗粒粉料,其中：所述球磨机采用直径为Ф5mm和Ф10mm的不锈钢磨球，大球与小球的质量比为20-25:1，球料比是3-8:1，球磨转速为200-300r/min，球磨时间为18-22h；(3)将步骤(2)所制备的混合原料粉末于放电等离子烧结炉中烧结，烧结制度为：常温时，将粉末装入模具放入SPS烧结炉中，经过放电等离子烧结，并保温，然后随炉冷却至室温；炉体内保持真空，其中：烧结升温速率为：90-110℃/min，烧结温度为900-1100℃，烧结压力为25-35Mpa，保温时间为5-15min；真空度控制≤8pa。优选的，所述步骤(1)的原料纯度均≥99.00％；优选的，所述步骤(2)采用160目筛进行过滤；优选的，所述步骤(2)的行星式球磨机采用直径为Ф5mm或Ф10mm的不锈钢磨球，大球与小球的质量比为24:1，球料比是5:1，球磨转速为250r/min，球磨时间为20h；优选的，所述步骤(3)的烧结制度：升温速率为100℃/min；烧结温度为1050℃；烧结压力为30Mpa；保温时间为10min；真空度控制≤6pa。优选的，所述步骤(1)的配料比为：Fe粉10.1-11.1份，FeB粉28.0-3.9份，Mo粉46.0-47.0份，Y粉1.0-1.5份，Cr粉2-2.5份，Ni粉2.0-2.9份，Mn粉2.0-2.5份，C粉1.0-1.5份本专利技术的另一方面，还包括一种由上述方法制得的MoFeB基金属陶瓷涂层。本专利技术的另一方面，还包括上述MoFeB基金属陶瓷涂层在模具钢表面的应用。本专利技术具有的优点和积极效果是：(1)所用FeB粉、Fe粉、Mo粉等原料都比较易得，可以有效的降低生产成本。(2)通过有效添加单质Y粉，Y元素可以细化晶粒；形成金属间化合物；形成氧化物等作用，这些改善了金属陶瓷涂层的致密性和均匀性，并显著提高了金属陶瓷涂层的硬度、致密度和韧性等综合性能。具体实施方式本专利技术采用的纯Fe粉、FeB粉、Mo粉、Y粉以及Cr粉、Ni粉、Mn粉和C粉均为市售的化学纯粉末试剂，配料后先于QM-3SP4型行星式球磨机中球磨20h，在氩气气氛保护下干磨，过筛；然后将粉末装入模具放入SPS烧结炉中，经过放电等离子烧结，并保温，然后随炉冷却至室温；炉体内保持真空。本专利技术的原理是通过添加适量Y粉，利用Y元素的“稀土效应”可以细化晶粒并改善致密度和结孔隙率。通过添加Y粉，Mo2FeB2基金属陶瓷的抗拉强度、硬度及致密度都有了显著的提高或者改善。本专利技术为了使Mo2FeB2基金属陶瓷出现最佳的综合性能，所以添加适量的Cr粉、Ni粉、Mn粉，同时为了减少原料的氧化等，添加少量C粉。对比实施例以Fe粉12.1份，FeB粉30.9份，Mo粉48.0份，Cr粉2.5份，Ni粉2.9份，Mn粉2.5份，C粉1.0份进行配料，但不添加Y粉。将上述原料先于QM-3SP4型行星式球磨机中250r/min球磨20h，在氩气气氛保护下干磨，过筛；所制备的混合原料粉末于放电等离子(SPS)烧结炉中烧结。常温时，将粉末装入模具放入SPS烧结炉中，经过放电等离子烧结，并保温，然后随炉冷却至室温；过程中炉体内保持真空。烧结制度为：升温速率为100℃/min；烧结温度为1050℃；烧结压力为30Mpa；保温10min；真空度控制≤6pa。实施例1以Fe粉11.1份，FeB粉30.9份，Mo粉48.0份，Y粉1.0份，Cr粉2.5份，Ni粉2.9份，Mn粉2.5份，C粉1.0份进行配料。将上述原料先于QM-3SP4型行星式球磨机中250r/min球磨20h，在氩气气氛保护下干磨，过筛；所制备的混合原料粉末于放电等离子(SPS)烧结炉中烧结。常温时，将粉末装入模具放入SPS烧结炉中，经过放电等离子烧结，并保温，然后随炉冷却至室温；过程中炉体内保持真空。烧结制度为：升温速率为100℃/min；烧结温度为1050℃；烧结压力为30Mpa；保温10min；真空度控制≤6pa。实施例2以Fe粉10.1份，FeB粉30.9份，Mo粉48.0份，Y粉2.0份，Cr粉2.5份，Ni粉2.9份，Mn粉2.5份，C粉1.0份进行配料。将上述原料先于QM-3SP4型行星式球磨机中250r/min球磨20h，在氩气气氛保护下干磨，过筛；所制备的混合原料粉末于放电等离子(SPS)烧结炉中烧结。常温时，将粉末装入模具放入SPS烧结炉中，经过放电等离子烧结，并保温，然后随炉冷却至室温；过程中炉体内保持真空。烧结制度为：升温速率为90℃/min；烧结温度为900℃；烧结压力为30Mpa；保温10min；真空度控制≤6pa。实施例3以Fe粉7.0份，FeB粉32.0份，Mo粉46.0份，Y粉2.0份，Cr粉3.0份，Ni粉4.0份，Mn粉4.0份，C粉2.0份进行配料。将上述原料先于QM-3SP4型行星式球磨机中250r/min球磨20h，在氩气气氛保护下干磨，过筛；所制备的混合原料粉末于放电等离子(SPS)烧结炉中烧结。常温时，将粉末装入模具放入SPS烧结炉中，经过放电等离子烧结，并保温，然后随炉冷却至室温；过程中炉体内保持真空。烧结制度为：升温速率为110℃/min；烧结温度为1100℃；烧结压力为25Mpa；保温5m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MoFeB基金属陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)按以下原料组成配料：Fe粉7.0‑11.2份，FeB粉28.0‑32.0份，Mo粉46.0‑48.0份，Y粉1.0‑2.0份，Cr粉2.0‑3.0份，Ni粉2.0‑4.0份，Mn粉2.0‑4.0份，C粉1.0‑2.0份；(2)使用球磨机对步骤(1)的大颗粒原料进行粉碎与混合，在氩气气氛保护下干磨，随后过筛过滤掉大颗粒粉料,其中：所述球磨机采用直径为Ф5mm和Ф10mm的不锈钢磨球，大球与小球的质量比为20‑25:1，球料比是3‑8:1，球磨转速为200‑300r/min，球磨时间为18‑22h；(3)将步骤(2)所制备的混合原料粉末于放电等离子烧结炉中烧结，烧结制度为：常温时，将粉末装入模具放入SPS烧结炉中，经过放电等离子烧结，并保温，然后随炉冷却至室温；炉体内保持真空，其中：烧结升温速率为：90‑110℃/min，烧结温度为900‑1100℃，烧结压力为25‑35Mpa，保温时间为5‑15min；真空度控制≤8pa。

【技术特征摘要】
1.一种MoFeB基金属陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)按以下原料组成配料：Fe粉7.0-11.2份，FeB粉28.0-32.0份，Mo粉46.0-48.0份，Y粉1.0-2.0份，Cr粉2.0-3.0份，Ni粉2.0-4.0份，Mn粉2.0-4.0份，C粉1.0-2.0份；(2)使用球磨机对步骤(1)的大颗粒原料进行粉碎与混合，在氩气气氛保护下干磨，随后过筛过滤掉大颗粒粉料,其中：所述球磨机采用直径为Ф5mm和Ф10mm的不锈钢磨球，大球与小球的质量比为20-25:1，球料比是3-8:1，球磨转速为200-300r/min，球磨时间为18-22h；(3)将步骤(2)所制备的混合原料粉末于放电等离子烧结炉中烧结，烧结制度为：常温时，将粉末装入模具放入SPS烧结炉中，经过放电等离子烧结，并保温，然后随炉冷却至室温；炉体内保持真空，其中：烧结升温速率为：90-110℃/min，烧结温度为900-1100℃，烧结压力为25-35Mpa，保温时间为5-15min；真空度控制≤8pa。2.根据权利要求1所述的一种MoFeB基金属陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)的原料纯度均≥99.00...

【专利技术属性】
技术研发人员：余黎明，张立业，刘永长，马宗青，李冲，李会军，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12