一种超耐磨MoCoB基金属陶瓷的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超耐磨MoCoB基金属陶瓷的制备方法。所公开的方法包括：对Mo、Co和B的混合粉体依次进行球磨、干燥和压制成型制得坯体，之后将所述坯体进行烧结，所述烧结工艺为：在真空度为10

【技术实现步骤摘要】
一种超耐磨MoCoB基金属陶瓷的制备方法


[0001]本专利技术涉及MoCoB基金属陶瓷相关技术，具体涉及一种超耐磨MoCoB基金属陶瓷的制备方法。

技术介绍

[0002]三元硼化物基金属陶瓷具有硬度高、密度低、抗弯强度高、耐磨性好以及耐腐蚀性强等优点，可作为注塑机、制罐工具和铜挤压模具等的耐磨零件。此外，三元硼化物基金属陶瓷的热膨胀系数与钢相近，作为钢基体的覆层材料有着天然的优势。其中，MoCoB基金属陶瓷是利用“反应硼化烧结”法制备得到的新型三元硼化物基金属陶瓷，具有硬度高、耐磨性强以及耐腐蚀性强等优点，而且原料中不含战略稀缺资源W元素，因此，受到众多研究者的青睐。
[0003]MoCoB基金属陶瓷是由MoCoB硬质相和Co粘结相组成，其中的MoCoB硬质相并非作为原料直接加入，而是由中间产物与金属粘结相在烧结过程中通过硼化反应烧结而成。通过第一性原理计算MoCoB硬质相是目前所知的最硬的三元硼化物，在超耐磨材料领域具有很大的潜力。现有常规方法制备得到的MoCoB基金属陶瓷的硬度在88.0HRA左右，硬度较高，作为耐磨材料可满足常规服役工况需求，但是距离理论值仍有一定差距，这就限制了其在超耐磨材料领域中的发展前景。因此，研究如何提高MoCoB基金属陶瓷的硬度，使其具备超耐磨性具有重要的理论意义和工程价值。现有技术通过添加碳纤维来提高MoCoB基金属陶瓷的硬度，但是添加碳纤维会增加原材料的成本，也会大幅度增加工艺周期，比如在球磨时，由于碳纤维的缠绕作用，混合粉末想要达到完全分布均匀的状态需要很长的周期。此外，在粉末压制成型时，粉末受到碳纤维的缠绕作用不利于其流动，从而无法充分、紧密的填充模具的腔体，引起坯体密度分布不均，造成烧结体成分偏析。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷或不足，本专利技术提供了一种超耐磨MoCoB基金属陶瓷的制备方法。
[0005]为此，本专利技术所提供的方法包括：对Mo、Co和B的混合粉体依次进行球磨、干燥和压制成型制得坯体，之后将所述坯体进行烧结，所述烧结工艺为：在真空度为10
‑3～10
‑1Pa的条件下依次进行(1)
‑
(3)：(1)将温度自室温升温至1250～1350℃保温10～60min，升温速率为5～15℃/min；(2)将温度降至1150～1240℃，并保温10～30h，降温速率为1～15℃/min；(3)之后炉冷至室温。
[0006]可选的，按质量百分比计：Mo为38.0％～54.0％，Co为41.0％～57.0％，B为3.0％～7.0％。
[0007]优选的，所述烧结在真空碳管炉中进行。
[0008]进一步，所述超耐磨MoCoB基金属陶瓷的硬度为88.7～91.1HRA，质量磨损率为9.10
×
10
‑5～10.2
×
10
‑5g
·
m
‑1。
[0009]进一步，MoCoB基金属陶瓷的晶粒尺寸为3.9～6.7μm。
[0010]与现有技术相比，
①
本专利技术使用的原材料种类较少，无需添加元素以及增强相，操作简便，适合工业上的应用和推广；
②
采用新型烧结工艺，既保证了MoCoB基金属陶瓷内颗粒重排运动充分进行，使MoCoB硬质相分布均匀，同时也抑制了MoCoB硬质相晶粒的溶解
‑
析出机制，避免其充分长大；最终获得晶粒尺寸细小且均匀分布的高硬度MoCoB基金属陶瓷，可用作超耐磨材料。
附图说明
[0011]图1为本专利技术实施例1中MoCoB基金属陶瓷的XRD图谱；
[0012]图2为本专利技术实施例1中MoCoB基金属陶瓷的断口形貌照片；
[0013]图3为本专利技术对照例中MoCoB基金属陶瓷的断口形貌照片。
具体实施方式
[0014]除非有特殊说明，本文中的科学与技术术语及方法根据相关领域普通技术人员的认识理解或采用已有相关方法实现。还应理解，本文涉及的温度、浓度是近似值，用于说明目的。虽然与本文描述的方法和材料相似或等价的方法和材料可以用于本公开的实施，但下文描述了部分适合的方法和材料。本文提到的出版物、专利申请、专利和其他参考文献以引用方式部分纳入本文，如出现冲突，以本文为准。另外，所述材料、方法、溶液浓度和实施例仅是示例性的，而并不意欲进行限制。具体方案中，本领技术人员可以根据本专利技术所公开内容采用常规实验时段对方法中所涉及的物质配比、浓度、操作参数取值、反应物加入顺序进行优化以实现本专利技术的目的。
[0015]金属陶瓷的耐磨性主要由其硬度决定。MoCoB基金属陶瓷中MoCoB硬质相占据75％左右(体积分数)，金属陶瓷的硬度主要由MoCoB硬质相提供，其含量、尺寸以及分布状态均会对金属陶瓷的硬度产生影响。其中，增加硬质相含量虽然可以提高其硬度，但是会大幅度降低其韧性，导致服役安全性下降。通过减小MoCoB晶粒尺寸以及改善其分布状态可以提高金属陶瓷的硬度而不改变其他性能。因此，可以通过制备MoCoB晶粒尺寸细小且分布均匀的MoCoB基金属陶瓷来提高其硬度及耐磨性。经过专利技术人深入研究发现，利用“反应硼化烧结”原理制备MoCoB基金属陶瓷，在烧结时随着温度的升高，会依次生成MoCoB硬质相以及共晶液相，硬质相颗粒在毛细管力的驱动下通过颗粒重排逐渐分布均匀，在更高温度下MoCoB颗粒在液相中通过溶解
‑
析出机制逐渐长大。因此，可以根据这一规律对烧结工艺参数进行改进，采用新型烧结工艺：首先，在共晶液相温度之上选择一个较低温度保温一定时间；其次，进行降温，在固相和液相温度区间中选择某一温度进行保温，之后炉冷。该工艺的优点为，第一个保温温度在液相之上，颗粒经过重排分布均匀，而且两个保温温度均比较低，MoCoB硬质相的溶解
‑
析出机制始终受到抑制，因此，晶粒不会充分长大，进而获得高硬度、超耐磨的MoCoB基金属陶瓷。
[0016]本专利技术所述模压成型的目的是使粉状原料初步致密化，所制得的坯体形状与大小取决于模具形状。现有陶瓷领域所用模具如容积尺寸大于3mm*3mm的模具均适用于本专利技术。
[0017]下面通过实施例对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术实施例中所用原材料Mo，Co和B粉均为市售的化学纯粉末试剂，利用行星式球磨机(QM
‑
3SP4)对其进行球磨，之后利用
旋转蒸发仪(QE
‑
2000)对混合粉末进行烘干，再利用不锈钢模具进行双向压制制成坯体，放入真空碳管炉(ZT
‑
25)中进行烧结。
[0018]本专利技术中利用图像分析软件(Image Pro Plus,Version 6.0)测试MoCoB基金属陶瓷的晶粒尺寸；使用HRS
‑
150型洛氏硬度计测量MoCoB基金属陶瓷的硬度；使用MMG
‑
500销盘式摩擦磨损试验机进行金属陶瓷的干滑动摩擦磨损试验，对磨副为Si3N4陶瓷盘，主轴转速为10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超耐磨MoCoB基金属陶瓷的制备方法，其特征在于，方法包括：对Mo、Co和B的混合粉体依次进行球磨、干燥和压制成型制得坯体，之后对所述坯体进行烧结，所述烧结工艺为：在真空度为10
‑3～10
‑1Pa的条件下依次进行(1)
‑
(3)：(1)将温度自室温升温至1250～1350℃保温10～60min，升温速率为5～15℃/min；(2)将温度降至1150～1240℃，并保温10～30h，降温速率为1～15℃/min；(3)之后炉冷至室温。2.根据权利要求1所述的超耐磨MoCoB基金属陶瓷的制备方法，其特征在于，按质量百分比计：Mo为38.0％～54.0％，Co...

【专利技术属性】
技术研发人员：申宇鹏，刘运飞，孙兵兵，张正中，刘晓军，李雅津，肖立群，杨洪涛，王可，
申请(专利权)人：西安近代化学研究所，
类型：发明
国别省市：