一种液相烧结的三元硼化物硬质合金覆层材料制造技术

为了改善硬质合金的硬度、耐磨性，制备一种液相烧结的三元硼化物硬质合金覆层材料。采用Q235钢、钼粉、FeB粉、还原铁粉、C粉、羰基Cr粉、羰基Ni粉为原料，液相烧结的三元硼化物硬质合金覆层材料，得到的三元硼化物硬质合金覆层与钢基体形成良好的冶金结合，覆层结构均匀，内部缺陷较少，表面光滑、平整，具有良好的综合性能。所制得的液相烧结的三元硼化物硬质合金覆层材料，其硬度、耐磨性都得到大幅提升。本发明专利技术能够为制备高性能的覆层材料提供一种新的生产工艺。

A liquid phase sintered ternary boride cemented carbide cladding material

In order to improve the hardness and wear resistance of cemented carbide, a liquid phase sintered ternary boride cemented carbide cladding material was prepared. Using Q235 steel, molybdenum powder, FeB powder, reduced iron powder, C powder, carbonyl Cr powder and carbonyl Ni powder as raw materials, liquid phase sintered ternary boride cemented carbide cladding material, the obtained ternary boride cemented carbide cladding formed a good metallurgical bond with the steel matrix, the cladding structure was uniform, the internal defects were less, the surface was smooth and flat, and had good comprehensive properties. The hardness and wear resistance of ternary boride cemented carbide coatings prepared by liquid phase sintering have been greatly improved. The invention can provide a new production process for preparing high-performance cladding material.

【技术实现步骤摘要】
一种液相烧结的三元硼化物硬质合金覆层材料所属
本专利技术涉及一种表面涂覆材料，尤其涉及一种液相烧结的三元硼化物硬质合金覆层材料。
技术介绍
硬质合金是由一种或多种高硬度、高模量的间隙化合物与过渡族金属或其合金组成的复合材料。WC-Co硬质合金具有较高强度、抗冲击性以及较好的耐磨性，因此在刀具、耐磨零件、冷成型工具等领域具有广泛应用，已成为现代社会不可缺少的重要材料。随着加工材料范围的不断扩大，现有硬质合金刀具的使用寿命和切削性能已不能满足加工的需要，急需研发出一种高硬度、高耐磨性、长寿命的涂覆材料。液相烧结源于粉末冶金，是指烧结过程中有液相与固相颗粒共同存在的烧结。此时烧结温度高于烧结体中低熔成分或低熔共晶的熔点低于高熔点成分的熔点。由于物质液相迁移比固相扩散要快得多，烧结体的致密化速度和最终密度均大大提高。有液相生成的烧结过程。又可分为两类：一类是在整个烧结过程中都有液相存在，另一类是在烧结后期液相消失。液相烧结过程可分为以下四个阶段：预备烧结阶段、收缩阶段、液相烧结、冷却阶段。小部分原料变为液体的烧结。在待烧结的合金粉(基相合金粉)中均匀混入熔点较低的适当合金粉(液相合金粉)，在烧结温度下，液相合金粉成为液态，可使烧结的致密化速度和最终制品的密度提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善硬质合金的硬度、耐磨性，设计了一种液相烧结的三元硼化物硬质合金覆层材料。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：液相烧结的三元硼化物硬质合金覆层材料的制备原料包括：Q235钢，钼粉，FeB粉，还原铁粉，C粉，羰基Cr粉，羰基Ni粉。液相烧结的三元硼化物硬质合金覆层材料的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入高能球磨机中进行湿磨，球磨介质为无水乙醇，球料比为7:1，球磨时间为24h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥并进行制粒。随后用压缩空气和雾化喷枪将料浆喷至Q235钢基体表面形成覆层坯体，干燥后置于真空炉中烧结。液相烧结的三元硼化物硬质合金覆层材料的检测步骤为：显微组织采用日立S2500扫描电镜和牛津能谱分析仪分析，硬度采用HXDLl000型数字式显微硬度机，弯曲强度采用三点弯曲法测定，耐磨性能采用MRH3型高速环块磨损试验机，质量采用感量为0.01mg的电子天平。所述的液相烧结的三元硼化物硬质合金覆层材料，得到的三元硼化物硬质合金覆层与钢基体形成良好的冶金结合，覆层结构均匀，内部缺陷较少，表面光滑、平整，具有良好的综合性能。所述的液相烧结的三元硼化物硬质合金覆层材料，制备过程能够平稳进行，各物相逐渐生成。硬质合金覆层与钢基体之问并没有清晰的结合界面存在，而是形成一个具有一定厚度的过渡区域。所述的液相烧结的三元硼化物硬质合金覆层材料，其耐磨性能优异，远高于基体钢。因此，能大幅提升基体的耐磨性能。本专利技术的有益效果是：采用Q235钢、钼粉、FeB粉、还原铁粉、C粉、羰基Cr粉、羰基Ni粉为原料，经过配料、球磨、干燥、制粒、涂覆、烧结工艺成功制备了具有优异力学性能的液相烧结的三元硼化物硬质合金覆层材料。其中，覆层与基体结合良好，覆层结构均匀、缺陷较少，具有极高的耐磨性。所制得的液相烧结的三元硼化物硬质合金覆层材料，其硬度、耐磨性都得到大幅提升。本专利技术能够为制备高性能的覆层材料提供一种新的生产工艺。具体实施方式实施案例1：液相烧结的三元硼化物硬质合金覆层材料的制备原料包括：Q235钢，钼粉，FeB粉，还原铁粉，C粉，羰基Cr粉，羰基Ni粉。液相烧结的三元硼化物硬质合金覆层材料的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入高能球磨机中进行湿磨，球磨介质为无水乙醇，球料比为6:1，球磨时间为20h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥并进行制粒。随后用压缩空气和雾化喷枪将料浆喷至Q235钢基体表面形成覆层坯体，干燥后置于真空炉中烧结。液相烧结的三元硼化物硬质合金覆层材料的检测步骤为：采用日立S2500扫描电镜和牛津能谱分析仪分析显微组织，硬度采用HXDLl000型数字式显微硬度机，弯曲强度采用三点弯曲法测定，耐磨性能采用MRH3型高速环块磨损试验机，质量采用感量为0.01mg的电子天平。实施案例2：三元硼化物硬质合金覆层材料的覆层和钢基体间界面结合的质量直接影响整体覆层材料的性能和应用效果，界面结合不好，在载荷和残余热应力的作用下，将导致覆层与钢基体的开裂甚至脱粘。硬质合金覆层与钢基体之间并不存在清晰的结合界面，而是形成一个具有一定厚度的过渡区域。在过渡区域一边的硬质层区是细小的球状或棒状的Mo2FeB2硬质颗粒均匀地分布在钢基体中，另一边的钢基体区是铁素体。而在过渡区域内可以清楚地看到浅色的长方形块状三元硼化物陶瓷硬质相与钢基体形成了冶金镶嵌结构，界面区不存在空洞、缝隙等界面结合缺陷。实施案例3：覆层材料中各种元素的浓度都有一定程度的渐变过程，而不是元素浓度的突变。烧结过程中在高温和浓度梯度的作用下，硬质覆层中高浓度状态的Mo，Cr，Ni，B元素向钢基体中扩散，而钢基体表面高浓度的Fe元素向Fe元素浓度低的硬质覆层中扩散。Mo，Cr，Ni溶入Fe中易形成置换固溶体，硬质覆层中的元素与钢基体问会相互扩散。Cr-Ni原子尺寸小于Fe的原子尺寸，在Fe中可以无限固溶，Cr-Ni的扩散较Mo明显。B在钢基体表面积聚到烧结温度下的共晶浓度时，将在钢基体表面发生共晶熔化，形成一定厚度的共晶液相，冷却凝固后，该共晶液相变成了硬质覆层钢基体结合的过渡层。实施案例4：对于一定组成的覆层材料，其结合界面层的厚度主要取决于烧结温度的高低和保温时间的长短。B元素是主要的共晶液相形成元素，硬质覆层钢基体界面层的形成主要与B元素的扩散有关。在硬质覆层的各元素中，B元素的扩散速度是最快的，三元硼化物硬质合金覆层材料的硬质覆层和钢基体之间熔合较好，结合界面牢固，无缺陷，形成良好的冶金结合。实施案例5：与钢基体相比，硬质合金覆层具有较高的Hv，可达22MPa；而在覆层钢基体结合界面处，存在由高硬度的硬质合金覆层到低硬度的钢基体的狭窄过渡区。硬质合金层与钢基体三元硼化物Mo2FeB2陶瓷硬质相与钢基体之间形成了冶金镶嵌结构。实施案例6：在不对称双层复合结构中，弹性模量失配引起中性轴位置的变化，当试件受到载荷作用弯曲变形时，界面两侧的应力并不连续，主要依靠弹性模量较大的三元硼化物硬质合金承载更大的载荷。钢基体的弹性模量略小于三元硼化物金属陶瓷的弹性模量，覆层材料在受压应力条件下其弯曲强度大于钢基体的弯曲强度，而在受拉应力条件下则相反。覆层材料的断裂既不是单纯三元硼化物硬质合金的脆性断裂特征，也不单纯是钢材的屈服断裂特征，而是两种材料复合的断裂特征。三元硼化物硬质合金与钢基体具有非常牢固的冶金结合，既使把三元硼化物硬质合金层完全压断甚至使钢开始断裂，三元硼化物硬质合金层仍然没有从钢基体上脱离。CM材料的耐磨性能远远高于Q235钢的耐磨性能，几乎与YG8硬质合金的耐磨性能相当。覆层材料中存在硬度较高的Mo2FeB2硬质相，使其耐磨性能得到显著提高。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液相烧结的三元硼化物硬质合金覆层材料的制备原料包括：Q235钢，钼粉，FeB粉，还原铁粉，C粉，羰基Cr粉，羰基Ni粉。

【技术特征摘要】
1.一种液相烧结的三元硼化物硬质合金覆层材料的制备原料包括：Q235钢，钼粉，FeB粉，还原铁粉，C粉，羰基Cr粉，羰基Ni粉。2.根据权利要求1所述的液相烧结的三元硼化物硬质合金覆层材料，其特征是液相烧结的三元硼化物硬质合金覆层材料的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入高能球磨机中进行湿磨，球磨介质为无水乙醇，球料比为7:1，球磨时间为24h，球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥并进行制粒，随后用压缩空气和雾化喷枪将料浆喷至Q235钢基体表面形成覆层坯体，干燥后置于真空炉中烧结。3.根据权利要求1所述的液相烧结的三元硼化物硬质合金覆层材料，其特征是液相烧结的三元硼化物硬质合金覆层材料的检测步骤为：显微组织采用日立S2500扫描电镜和牛津能谱...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋珊珊，
申请(专利权)人：宋珊珊，
类型：发明
国别省市：辽宁,21