一種MoFeB基金屬陶瓷涂層的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種MoFeB基金屬陶瓷涂層的制備方法，包括以下步驟：(1)按以下原料組成配料：Fe粉7.0?11.2份，F(xiàn)eB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)用球磨機(jī)對步驟(1)的原料粉碎、混合，氬氣氣氛干磨，過篩過濾；(3)將步驟(2)制備的原料粉末于SPS燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)制度：常溫將粉末裝入模具放入SPS燒結(jié)爐中，經(jīng)過放電等離子燒結(jié)、保溫、隨爐冷卻至室溫；爐體內(nèi)保持真空。本發(fā)明專利技術(shù)的有益效果是利用Y的“稀土效應(yīng)”，從整體上提高M(jìn)o

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種MoFeB基金屬陶瓷涂層的制備方法
本專利技術(shù)屬于材料化學(xué)
，尤其是涉及一種MoFeB基金屬陶瓷涂層的制備方法。
技術(shù)介紹
鋼鐵工業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，而模具被稱為是工業(yè)發(fā)展的“基石”。隨著科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展和模具工作環(huán)境的惡化，單純的金屬材料已經(jīng)不能滿足模具行業(yè)的要求。模具的失效形式一般為塑性變形、磨損、斷裂或開裂、金屬疲勞及腐蝕等等。而其中磨損是模具失效損壞的主要形式。而從經(jīng)濟(jì)效益以及能源資源利用率上考慮模具表面改性和表面強(qiáng)化是提高模具使用性能以及延長模具使用壽命的不二選擇。三元硼化物基金屬陶瓷是一種性能優(yōu)良的新型材料,有很大的發(fā)展?jié)摿ΑＨ鸹锘饘偬沾删哂袠O高的強(qiáng)度、硬度、斷裂強(qiáng)度以及優(yōu)良的耐熱性能和耐腐蝕性能，因此經(jīng)常應(yīng)用于注塑機(jī)械零件、銅的熱擠壓模具等高磨損的環(huán)境中。其中Mo2FeB2基金屬陶瓷既保持了陶瓷的高強(qiáng)度、高硬度、耐磨損、耐高溫、抗氧化和化學(xué)穩(wěn)定性等特性，又具有較好的金屬韌性和可塑性，而且還可以與鋼基體可以產(chǎn)生良好的冶金結(jié)合，因此是模具表面改性的合適的材料選擇。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是為進(jìn)一步提高M(jìn)o2FeB2基金屬陶瓷的綜合性能，即同時提高其硬度和韌性，以為模具鋼表面改性提供更好的材料選擇。通過在原料中添加適量單質(zhì)Y粉末，Y的“稀土效應(yīng)”可以有效降低Mo2FeB2基金屬陶瓷的晶粒大小，同時稀土元素活性大容易與雜質(zhì)元素結(jié)合并排出以減少雜質(zhì)含量以及缺陷的存在，從而從整體上提高M(jìn)o2FeB2基金屬陶瓷的硬度、韌性并改善其致密度以及孔隙率。本專利技術(shù)的技術(shù)方案是：一種MoFeB基金屬陶瓷涂層的制備方法，包括以下步驟：(1)按以下原料組成配料：Fe粉7.0-11.2份，F(xiàn)eB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)使用球磨機(jī)對步驟(1)的大顆粒原料進(jìn)行粉碎與混合，在氬氣氣氛保護(hù)下干磨，隨后過篩過濾掉大顆粒粉料,其中：所述球磨機(jī)采用直徑為Ф5mm和Ф10mm的不銹鋼磨球，大球與小球的質(zhì)量比為20-25:1，球料比是3-8:1，球磨轉(zhuǎn)速為200-300r/min，球磨時間為18-22h；(3)將步驟(2)所制備的混合原料粉末于放電等離子燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)制度為：常溫時，將粉末裝入模具放入SPS燒結(jié)爐中，經(jīng)過放電等離子燒結(jié)，并保溫，然后隨爐冷卻至室溫；爐體內(nèi)保持真空，其中：燒結(jié)升溫速率為：90-110℃/min，燒結(jié)溫度為900-1100℃，燒結(jié)壓力為25-35Mpa，保溫時間為5-15min；真空度控制≤8pa。優(yōu)選的，所述步驟(1)的原料純度均≥99.00％；優(yōu)選的，所述步驟(2)采用160目篩進(jìn)行過濾；優(yōu)選的，所述步驟(2)的行星式球磨機(jī)采用直徑為Ф5mm或Ф10mm的不銹鋼磨球，大球與小球的質(zhì)量比為24:1，球料比是5:1，球磨轉(zhuǎn)速為250r/min，球磨時間為20h；優(yōu)選的，所述步驟(3)的燒結(jié)制度：升溫速率為100℃/min；燒結(jié)溫度為1050℃；燒結(jié)壓力為30Mpa；保溫時間為10min；真空度控制≤6pa。優(yōu)選的，所述步驟(1)的配料比為：Fe粉10.1-11.1份，F(xiàn)eB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份本專利技術(shù)的另一方面，還包括一種由上述方法制得的MoFeB基金屬陶瓷涂層。本專利技術(shù)的另一方面，還包括上述MoFeB基金屬陶瓷涂層在模具鋼表面的應(yīng)用。本專利技術(shù)具有的優(yōu)點和積極效果是：(1)所用FeB粉、Fe粉、Mo粉等原料都比較易得，可以有效的降低生產(chǎn)成本。(2)通過有效添加單質(zhì)Y粉，Y元素可以細(xì)化晶粒；形成金屬間化合物；形成氧化物等作用，這些改善了金屬陶瓷涂層的致密性和均勻性，并顯著提高了金屬陶瓷涂層的硬度、致密度和韌性等綜合性能。具體實施方式本專利技術(shù)采用的純Fe粉、FeB粉、Mo粉、Y粉以及Cr粉、Ni粉、Mn粉和C粉均為市售的化學(xué)純粉末試劑，配料后先于QM-3SP4型行星式球磨機(jī)中球磨20h，在氬氣氣氛保護(hù)下干磨，過篩；然后將粉末裝入模具放入SPS燒結(jié)爐中，經(jīng)過放電等離子燒結(jié)，并保溫，然后隨爐冷卻至室溫；爐體內(nèi)保持真空。本專利技術(shù)的原理是通過添加適量Y粉，利用Y元素的“稀土效應(yīng)”可以細(xì)化晶粒并改善致密度和結(jié)孔隙率。通過添加Y粉，Mo2FeB2基金屬陶瓷的抗拉強(qiáng)度、硬度及致密度都有了顯著的提高或者改善。本專利技術(shù)為了使Mo2FeB2基金屬陶瓷出現(xiàn)最佳的綜合性能，所以添加適量的Cr粉、Ni粉、Mn粉，同時為了減少原料的氧化等，添加少量C粉。對比實施例以Fe粉12.1份，F(xiàn)eB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份進(jìn)行配料，但不添加Y粉。將上述原料先于QM-3SP4型行星式球磨機(jī)中250r/min球磨20h，在氬氣氣氛保護(hù)下干磨，過篩；所制備的混合原料粉末于放電等離子(SPS)燒結(jié)爐中燒結(jié)。常溫時，將粉末裝入模具放入SPS燒結(jié)爐中，經(jīng)過放電等離子燒結(jié)，并保溫，然后隨爐冷卻至室溫；過程中爐體內(nèi)保持真空。燒結(jié)制度為：升溫速率為100℃/min；燒結(jié)溫度為1050℃；燒結(jié)壓力為30Mpa；保溫10min；真空度控制≤6pa。實施例1以Fe粉11.1份，F(xiàn)eB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份進(jìn)行配料。將上述原料先于QM-3SP4型行星式球磨機(jī)中250r/min球磨20h，在氬氣氣氛保護(hù)下干磨，過篩；所制備的混合原料粉末于放電等離子(SPS)燒結(jié)爐中燒結(jié)。常溫時，將粉末裝入模具放入SPS燒結(jié)爐中，經(jīng)過放電等離子燒結(jié)，并保溫，然后隨爐冷卻至室溫；過程中爐體內(nèi)保持真空。燒結(jié)制度為：升溫速率為100℃/min；燒結(jié)溫度為1050℃；燒結(jié)壓力為30Mpa；保溫10min；真空度控制≤6pa。實施例2以Fe粉10.1份，F(xiàn)eB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份進(jìn)行配料。將上述原料先于QM-3SP4型行星式球磨機(jī)中250r/min球磨20h，在氬氣氣氛保護(hù)下干磨，過篩；所制備的混合原料粉末于放電等離子(SPS)燒結(jié)爐中燒結(jié)。常溫時，將粉末裝入模具放入SPS燒結(jié)爐中，經(jīng)過放電等離子燒結(jié)，并保溫，然后隨爐冷卻至室溫；過程中爐體內(nèi)保持真空。燒結(jié)制度為：升溫速率為90℃/min；燒結(jié)溫度為900℃；燒結(jié)壓力為30Mpa；保溫10min；真空度控制≤6pa。實施例3以Fe粉7.0份，F(xiàn)eB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份進(jìn)行配料。將上述原料先于QM-3SP4型行星式球磨機(jī)中250r/min球磨20h，在氬氣氣氛保護(hù)下干磨，過篩；所制備的混合原料粉末于放電等離子(SPS)燒結(jié)爐中燒結(jié)。常溫時，將粉末裝入模具放入SPS燒結(jié)爐中，經(jīng)過放電等離子燒結(jié)，并保溫，然后隨爐冷卻至室溫；過程中爐體內(nèi)保持真空。燒結(jié)制度為：升溫速率為110℃/min；燒結(jié)溫度為1100℃；燒結(jié)壓力為25Mpa；保溫5m本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種MoFeB基金屬陶瓷涂層的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：(1)按以下原料組成配料：Fe粉7.0?11.2份，F(xiàn)eB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)使用球磨機(jī)對步驟(1)的大顆粒原料進(jìn)行粉碎與混合，在氬氣氣氛保護(hù)下干磨，隨后過篩過濾掉大顆粒粉料,其中：所述球磨機(jī)采用直徑為Ф5mm和Ф10mm的不銹鋼磨球，大球與小球的質(zhì)量比為20?25:1，球料比是3?8:1，球磨轉(zhuǎn)速為200?300r/min，球磨時間為18?22h；(3)將步驟(2)所制備的混合原料粉末于放電等離子燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)制度為：常溫時，將粉末裝入模具放入SPS燒結(jié)爐中，經(jīng)過放電等離子燒結(jié)，并保溫，然后隨爐冷卻至室溫；爐體內(nèi)保持真空，其中：燒結(jié)升溫速率為：90?110℃/min，燒結(jié)溫度為900?1100℃，燒結(jié)壓力為25?35Mpa，保溫時間為5?15min；真空度控制≤8pa。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種MoFeB基金屬陶瓷涂層的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：(1)按以下原料組成配料：Fe粉7.0-11.2份，F(xiàn)eB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)使用球磨機(jī)對步驟(1)的大顆粒原料進(jìn)行粉碎與混合，在氬氣氣氛保護(hù)下干磨，隨后過篩過濾掉大顆粒粉料,其中：所述球磨機(jī)采用直徑為Ф5mm和Ф10mm的不銹鋼磨球，大球與小球的質(zhì)量比為20-25:1，球料比是3-8:1，球磨轉(zhuǎn)速為200-300r/min，球磨時間為18-22h；(3)將步驟(2)所制備的混合原料粉末于放電等離子燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)制度為：常溫時，將粉末裝入模具放入SPS燒結(jié)爐中，經(jīng)過放電等離子燒結(jié)，并保溫，然后隨爐冷卻至室溫；爐體內(nèi)保持真空，其中：燒結(jié)升溫速率為：90-110℃/min，燒結(jié)溫度為900-1100℃，燒結(jié)壓力為25-35Mpa，保溫時間為5-15min；真空度控制≤8pa。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種MoFeB基金屬陶瓷涂層的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)的原料純度均≥99.00...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：余黎明，張立業(yè)，劉永長，馬宗青，李沖，李會軍，
申請(專利權(quán))人：天津大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：天津,12