以镍铁合金为原料的三元硼化物复合金属陶瓷及其制备方法、应用技术

本发明专利技术涉及以镍铁合金为原料的三元硼化物复合金属陶瓷及其制备方法、应用，由以下质量份的原料经电弧熔炼制成：镍铁合金100份，金属鉬36‑60份，铝包芯管12‑15份，钢包芯管3‑5份。本发明专利技术以镍铁合金为主要原料，采用电弧熔炼工艺生产Mo

【技术实现步骤摘要】
以镍铁合金为原料的三元硼化物复合金属陶瓷及其制备方法、应用
本专利技术属于复合金属陶瓷制备领域，具体涉及以镍铁合金为原料制备三元硼化物复合金属陶瓷。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料，其具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度。硬质合金被广泛应用于油气钻井、地质勘探、矿山开采、轧辊、模具材料、切削工具、耐磨零件等领域。常用的硬质合金多由W、Co等贵重合金元素制备，如常用了YG牌号硬质合金为钨钴类、YT牌号为钨钴钛类，其中W、Ti的碳化物为强化耐磨相，Co为粘结相。W、Co属于国家战略物质，因此，硬质合金的推广应用受到极大限制。目前，新能源汽车对以钴锂化合物为正极材料的锂电需求剧增，使Co资源更加紧缺。Co资源的稀缺及电池等行业对Co需求的不断增加，致使Co的价格越来越高，进而导致硬质合金成本上升，应用更加受限。寻找Co粘结相的替代物受到业界关注，人们研究了与Co同族元素Ni替代Co粘结相的可能性，Ni与WC硬质相的润湿性能和耐腐蚀性能好、且资源丰富，与Co具有相近的密度、熔点、原子半径以及物理和化学性能。有人研究了FeAl、Fe3Al和Ni3Al等金属间化合物，发现其对WC的润湿角小于20°，且具有成本低、抗腐蚀能力强等特点，成为潜在的Co粘结相替代物。有学者研究了AlCoCrFeNi、CoCrFeNiTiAl等高熵合金，发现高熵合金是一种潜在的优异硬质合金Co粘结相的替代物。还有人研究设计制备了基于石墨烯改性的表面贫钴梯度硬质合金刀具、基于陶瓷粘结相的无钴梯度硬质合金刀具、基于石墨烯强韧化的陶瓷粘结相硬质合金刀具，进一步拓展了硬质合金刀具的应用领域。磨损和腐蚀是引起材料失效的重要机制，材料的磨损和腐蚀不但降低了生产效率，而且对生产质量和产品性能都产生重要影响，若不引起重视，甚至会威胁人身安全，造成更大的经济损失。因此，耐磨耐腐蚀材料的研究亦越来越受到人们的重视。三元硼化物具有良好的耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性，以及较高的硬度和导电率，在耐磨、耐腐蚀等领域有着广阔的应用前景，成为一种很有发展前途的传统硬质合金的替代材料，这不仅能节约W、Co等资源，而且能降低成本。因而，近年来国内外对三元硼化物基金属陶瓷的研究越来越多。目前，国内外研究了多个体系的三元硼化物基金属陶瓷，包括Mo2NiB2、Mo2FeB2以及WCoB基金属陶瓷等。Mo2NiB2及Mo2FeB2基金属陶瓷研究较多，Mo2NiB2基金属陶瓷具有高耐腐蚀性，Mo2FeB2基金属陶瓷具有高耐磨性。专利技术人发现：目前三元硼化物金属陶瓷多采用反应真空烧结工艺制备，产品的形状和尺寸都受到限制，生产效率较低、成本高。
技术实现思路
为了克服三元硼化物金属陶瓷采用真空反应烧结工艺，生产效率低、生产成本高、工件形态受限等弊端，本专利技术在三元硼化物金属陶瓷堆焊材料研发的基础上，提供一种以镍铁合金为主要原料，采用电弧熔炼工艺生产三元硼化物金属陶瓷的配方和方法。为实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术的第一个方面，提供了以镍铁合金为原料的三元硼化物复合金属陶瓷，由以下质量份的原料经电弧熔炼制成：镍铁合金100份，金属鉬36-60份，铝包芯管12-15份，钢包芯管3-5份。Mo2FeB2陶瓷相具有较高的硬度、强度和耐磨性，成本低；Mo2NiB2的耐热性、耐蚀性较好，成本高。并且Mo2NiB2、Mo2FeB2与钢的线膨胀系数接近，具有较好地抗裂性能，两者复合使其具有耐磨、高硬度的同时，亦具有一定的耐蚀性能、耐热性能，且成本较低。本专利技术的第二个方面，提供了一种以镍铁合金为原料的三元硼化物复合金属陶瓷的制备方法，包括：在电弧熔炼炉的炉底加入待熔炼合金总质量8-12％的保护渣，使其均布于炉底，保护渣上面均置金属鉬，再在金属钼上面均置镍铁合金；用电弧熔炼工艺熔炼炉内的炉料；熔炼炉料变成液态金属后，向钢液中加入钢包芯管脱氧，加入时将钢包芯管插入炉底，待钢包芯管全部熔化后，再熔炼5-10分钟；再加入铝包芯管，加入时将铝包芯管插入炉底；待铝包芯管全部熔化后，再熔炼3-5分钟；将熔炼后的钢液浇注到钢包，即得到三元硼化物金属陶瓷。本专利技术以镍铁合金为主要原料，采用电弧熔炼工艺生产Mo2NiB2、Mo2FeB2复合三元硼化物金属陶瓷，与目前广泛采用的真空反应烧结工艺相比，生产效率高、生产成本低。本专利技术的第三个方面，提供了任一上述的以镍铁合金为原料的三元硼化物复合金属陶瓷在油气钻井、地质勘探、矿山开采、轧辊、模具材料、切削工具、耐磨零件领域中的应用。由于本专利技术制备的三元硼化物复合金属陶瓷具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，能够满足切削工具、耐磨零件领域的使用要求，可以用于制造车刀、刨刀、铣刀、拉刀、锉刀等刀具、也可以用于制造机械密封圈、活塞、轴承等耐磨零件。本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术以镍铁合金为主要原料，采用电弧熔炼工艺生产Mo2NiB2、Mo2FeB2复合三元硼化物金属陶瓷，与目前广泛采用的真空反应烧结工艺相比，生产效率高、生产成本低。(2)Mo2FeB2金属陶瓷相具有较高的硬度、强度和耐磨性，成本低；Mo2NiB2的耐热性、耐蚀性较好，成本高。并且Mo2NiB2、Mo2FeB2与钢的线膨胀系数接近，具有较好地抗裂性能，两者复合使其具有耐磨、高硬度的同时，亦具有一定的耐蚀性能、耐热性能，且成本较低。(3)通过调整炉料配比可以通过改变Mo2NiB2、Mo2FeB2的含量，制造出系列产品用于不同工况，应用范围广。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。正如
技术介绍
所介绍的，针对目前三元硼化物金属陶瓷多采用反应真空烧结工艺制备，产品的形状和尺寸都受到限制，生产效率较低、成本高的问题。因此，本专利技术提出一种采用电弧熔炼工艺生产三元硼化物金属陶瓷，其原料以质量份计如下：镍铁合金100份，金属鉬36-60份，铝包芯管12-15份，钢包芯管3-5份。其中，铝包芯管用于向熔炼合金中加硼和脱氧。其为在外径Φ15mm、壁厚1mm、型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以镍铁合金为原料的三元硼化物复合金属陶瓷，其特征在于，由以下质量份的原料经电弧熔炼制成：镍铁合金100份，金属鉬36-60份，铝包芯管12-15份，钢包芯管3-5份。/n

【技术特征摘要】
1.一种以镍铁合金为原料的三元硼化物复合金属陶瓷，其特征在于，由以下质量份的原料经电弧熔炼制成：镍铁合金100份，金属鉬36-60份，铝包芯管12-15份，钢包芯管3-5份。


2.如权利要求1所述的以镍铁合金为原料的三元硼化物复合金属陶瓷，其特征在于，由以下质量份的原料经电弧熔炼制成：镍铁合金100份，金属鉬36-48份，铝包芯管12-13份，钢包芯管3-4份。


3.如权利要求1所述的以镍铁合金为原料的三元硼化物复合金属陶瓷，其特征在于，由以下质量份的原料经电弧熔炼制成：镍铁合金100份，金属鉬48-60份，铝包芯管13-15份，钢包芯管4-5份。


4.如权利要求1所述的以镍铁合金为原料的三元硼化物复合金属陶瓷，其特征在于，所述铝包芯管由纯铝薄壁管中填充硼铁、单体硼的混合粉制备而成。


5.如权利要求4所述的以镍铁合金为原料的三元硼化物复合金属陶瓷，其特征在于，所述混合粉的填充率为60-70％。


6.如权利要求4所述的以镍铁合金为原料的三元硼化物复合金属陶瓷，其特征在于，所述硼铁、单体硼...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙俊生，高进强，徐虎，翟勋，靳军，杨帆，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37