一种用于金属部件表面渗层的钼硅硼粉末及其制备方法和渗层制备方法技术

本发明专利技术提供一种用于金属部件表面渗层的钼硅硼粉末及其制备方法和渗层制备方法，钼硅硼粉末由钼硅硼混合粉体、稀土元素粉末和催化剂粉末组成，在经过除氧后的球磨罐内，在无水乙醇环境下球磨得到，得到的钼硅硼粉末通过钨块加压，在真空条件下高温渗入待加工材料表面。本发明专利技术能够获得粒径大小合适，且各元素分布均匀的渗剂，有利于渗层扩散及提高渗层均匀性；而且本发明专利技术能够获得粒径大小合适，且各元素分布均匀的渗剂，有利于渗层扩散及提高渗层均匀性。

Molybdenum-Silicon-Boron Powder for Surface Layer of Metal Parts and Its Preparation Method and Layer Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种用于金属部件表面渗层的钼硅硼粉末及其制备方法和渗层制备方法
本专利技术涉及钼硅硼粉末材料和钼硅硼渗层的制备方法，属于表面加工领域。
技术介绍
钼硅硼合金是一种难熔材料，具有高熔点、高温强度和高硬度等特性，具有十分重要的应用前景。在高温环境中，其表面能够通过形成硼硅玻璃相对基体进行保护，但是由于金属钼的熔点高、成形性能差，对其加工目前只能采用熔铸、粉末冶金等工艺加工，单纯由钼硅硼材料制成的基体还无法应用于实际结构材料之中。但通过利用其耐高温能力强的特点，可以制备钼硅硼表面渗层，实现对材料表面的保护，在提高航空发动机高温部件的耐高温性能方面有较大的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于金属部件表面渗层的钼硅硼粉末及其制备方法和渗层制备方法，利用该在粉末可实现在金属部件表面渗钼硅硼保护层，提高部件的耐高温性能。本专利技术的技术方案为：所述一种用于金属部件表面渗层的钼硅硼粉末，其特征在于：由钼硅硼混合粉体、稀土元素粉末和催化剂粉末组成；所述钼硅硼混合粉体由钼粉体颗粒与硅粉体颗粒、硼粉体颗粒混合组成；其中硅粉体颗粒和硼粉体颗粒的质量和不超过钼粉体颗粒质量的一半；所述稀土元素粉末包括镧、铈元素粉末，稀土元素粉末质量不超过总质量的5％；所述催化剂粉末包括NaF粉末和氧化铝粉末，其中NaF粉末质量占总质量的10％-40％，氧化铝粉末质量占总质量的20％-40％。进一步的优选方案，所述一种用于金属部件表面渗层的钼硅硼粉末，其特征在于：钼粉体颗粒的粒径100-120μm，硅粉体颗粒的粒径10-30μm，硼粉体颗粒的粒径10-20μm。进一步的优选方案，所述一种用于金属部件表面渗层的钼硅硼粉末，其特征在于：钼粉体颗粒与硅粉体颗粒、硼粉体颗粒的质量比为6:1:1。所述一种用于金属部件表面渗层的钼硅硼粉末的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：将钼硅硼混合粉体、稀土元素粉末和催化剂粉末放入球磨罐中；步骤2：密封球磨罐，将球磨罐腔体内抽至相对真空度为-80KPa以下；步骤3：向球磨罐腔体内输入保护气体；步骤4：重复步骤2和步骤3，使球磨罐腔体内氧含量降至500ppm以下，然后将球磨罐腔体内抽至相对真空度为-80KPa以下；步骤5：向球磨罐腔体内注入经过脱水、除氧处理的无水乙醇；步骤6：均匀加热球磨罐，使其中温度保持在65℃±3℃，然后进行球磨操作；步骤7：球磨完毕后，将球磨罐均匀加热至400℃，采用加热后的保护气体通过加气、抽真空循环，逐渐排除罐内乙醇蒸汽，直至乙醇含量低于500ppm；步骤8：逐渐减小加热功率，使球磨罐温度降至室温，得到钼硅硼粉末。进一步的优选方案，所述一种用于金属部件表面渗层的钼硅硼粉末的制备方法，其特征在于：步骤5中，粉末：磨球：乙醇的质量比为2:3:1.5。进一步的优选方案，所述一种用于金属部件表面渗层的钼硅硼粉末的制备方法，其特征在于：步骤6中，球磨操作过程为：转速为200r/min，间隔0.5小时改变一次方向，球磨10～36小时。进一步的优选方案，所述一种用于金属部件表面渗层的钼硅硼粉末的制备方法，其特征在于：步骤8中，冷却速率为15℃/min。所述一种在金属部件表面制备钼硅硼渗层的的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：在待加工材料表面均匀铺上1-5mm厚的钼硅硼粉末，粉末上方放置与待加工材料表面形状相适应的钨块；步骤2：利用加热装置将待加工材料升温至1200℃，将上部用于压紧粉体的钨块加热至1500℃，将钨块向下压紧保持3-5h；步骤3：停止加热上部钨块，逐渐减小对待加工材料的加热功率，配合冷却系统，使待加工材料逐渐冷却至室温。进一步的优选方案，所述一种在金属部件表面制备钼硅硼渗层的的方法，其特征在于：步骤3中，待加工材料的温度下降速率为4℃/min。有益效果1、本专利技术能够获得粒径大小合适，且各元素分布均匀的渗剂，有利于渗层扩散及提高渗层均匀性。2、本专利技术能够在钨板以及待加工材料之间形成具有一定梯度的温度场，促进活化后的原子向基材表面扩散。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1球磨混合钼硅硼粉末制备原理图；A、球磨罐进气阀，B、球磨罐罐体，C、球磨罐排气口，D、混合粉体。图2电感应式加热制备钼硅硼渗层原理图；1、上部钨板，2、上钨板感应加热线圈，3、上钨板固定卡圈，4、热电偶传感器，5、上下卡圈连接环，6、钼硅硼粉末，7、待加工材料感应加热线圈，8、待加工材料，9、基材固定底座，10、下部钨板冷却管道，11、下部钨板，12、加热炉炉体，13、上部感应线圈电源，14、冷却系统，15、基材感应线圈电源，16、控制电脑。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。实施例1：取表面无杂质和氧吸附的球形钼、硅、硼粉体颗粒，筛选出的钼粉体中值粒径为100μm，硅粉体中值粒径为10μm，硼粉体中值粒径为10μm，将钼、硅、硼粉体混合，得到钼硅硼混合粉体，混合粉体的松装堆积密度为53％。其中硅粉体颗粒和硼粉体颗粒的质量和不超过钼粉体颗粒质量的一半，本实施例中优选钼粉体颗粒与硅粉体颗粒、硼粉体颗粒的质量比为6:1:1。取稀土元素镧和铈粉末，其中镧粉末质量占总质量的1％，铈粉末质量占总质量的1.5％。取催化剂NaF粉末和氧化铝粉末，两者质量分别占总质量的20％。上述粉体配置好后，通过以下步骤制备用于金属部件表面渗层的钼硅硼粉末：步骤1：将钼硅硼混合粉体、稀土元素粉末和催化剂粉末放入不锈钢球磨罐中；步骤2：密封球磨罐，用真空泵将球磨罐腔体内抽至相对真空度为-80KPa以下；步骤3：向球磨罐腔体内输入保护气体氮气；步骤4：重复步骤2和步骤3，使球磨罐腔体内氧含量降至500ppm以下，然后将球磨罐腔体内抽至相对真空度为-80KPa以下；步骤5：向球磨罐腔体内注入经过脱水、除氧处理的无水乙醇；粉末：磨球：乙醇的质量比为2:3:1.5；步骤6：采用电磁感应均匀加热球磨罐，使其中温度保持在65℃±3℃，然后进行球磨操作：转速为200r/min，间隔0.5小时改变一次方向，球磨25小时；步骤7：球磨完毕后，将球磨罐均匀加热至400℃，采用加热后的保护气体氦气通过加气、抽真空循环，逐渐排除罐内乙醇蒸汽，直至乙醇含量低于500ppm；步骤8：逐渐减小加热功率，使球磨罐温度降至室温，冷却速率为15℃/min，得到钼硅硼粉末。利用上述制得的钼硅硼粉末在金属部件表面制备钼硅硼渗层的的方法，包括以下步骤：步骤1：在待加工材料(尺寸为15*15*2cm的钢板)表面均匀铺上3mm厚的钼硅硼粉末，粉末上方放置与待加工材料表面形状相适应的钨板，通过其自重使粉末压紧；步骤2：放置于渗炉之中，封闭炉体，排除炉内空气，将炉内抽至真空；利用加热装置将钢板升温至1200℃，持续2min，待温度稳定之后，继续将上部用于压紧粉体的钨块加热保持在1500℃，通过温度传感器，实时监控钢板与上部钨板的温度，当钢板温度高于1250℃时，可通过关闭钢板加热电源和打开冷却系统冷却其下部的钨板，下部钨板与钢板底座相连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于金属部件表面渗层的钼硅硼粉末，其特征在于：由钼硅硼混合粉体、稀土元素粉末和催化剂粉末组成；所述钼硅硼混合粉体由钼粉体颗粒与硅粉体颗粒、硼粉体颗粒混合组成；其中硅粉体颗粒和硼粉体颗粒的质量和不超过钼粉体颗粒质量的一半；所述稀土元素粉末包括镧、铈元素粉末，稀土元素粉末质量不超过总质量的5％；所述催化剂粉末包括NaF粉末和氧化铝粉末，其中NaF粉末质量占总质量的10％‑40％，氧化铝粉末质量占总质量的20％‑40％。

【技术特征摘要】
1.一种用于金属部件表面渗层的钼硅硼粉末，其特征在于：由钼硅硼混合粉体、稀土元素粉末和催化剂粉末组成；所述钼硅硼混合粉体由钼粉体颗粒与硅粉体颗粒、硼粉体颗粒混合组成；其中硅粉体颗粒和硼粉体颗粒的质量和不超过钼粉体颗粒质量的一半；所述稀土元素粉末包括镧、铈元素粉末，稀土元素粉末质量不超过总质量的5％；所述催化剂粉末包括NaF粉末和氧化铝粉末，其中NaF粉末质量占总质量的10％-40％，氧化铝粉末质量占总质量的20％-40％。2.根据权利要求1所述一种用于金属部件表面渗层的钼硅硼粉末，其特征在于：钼粉体颗粒的粒径100-120μm，硅粉体颗粒的粒径10-30μm，硼粉体颗粒的粒径10-20μm。3.根据权利要求1所述一种用于金属部件表面渗层的钼硅硼粉末，其特征在于：钼粉体颗粒与硅粉体颗粒、硼粉体颗粒的质量比为6:1:1。4.一种权利要求1所述用于金属部件表面渗层的钼硅硼粉末的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：将钼硅硼混合粉体、稀土元素粉末和催化剂粉末放入球磨罐中；步骤2：密封球磨罐，将球磨罐腔体内抽至相对真空度为-80KPa以下；步骤3：向球磨罐腔体内输入保护气体；步骤4：重复步骤2和步骤3，使球磨罐腔体内氧含量降至500ppm以下，然后将球磨罐腔体内抽至相对真空度为-80KPa以下；步骤5：向球磨罐腔体内注入经过脱水、除氧处理的无水乙醇；步骤6：均匀加热球磨罐，使其中温度保持在65℃±...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪诚，安志斌，戴鹏里，李秋良，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61