专利名称：一种铁、碳、钼、硼、二氧化锆金属陶瓷材料及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于金属陶瓷材料领域，特别是涉及一种含铁、碳、钼、硼、氧化锆的金属陶瓷材料及其制备方法。
背景技术：
二氧化锆陶瓷有高的硬度和耐磨性，但是韧性较差，受冲击时易于破碎。采用增韧技术的二氧化锆，韧性得到了提高，但相对于金属材料，其韧性指标还相差甚远。美国专利20030167969公开了一种多元氧化物陶瓷与金属组合的金属陶瓷，既能有金属组分的良好韧性，又能有陶瓷材料的高硬度和高耐磨性。但多元氧化物各自对烧结温度要求不同，给烧结工艺带来困难。中国专利92114875.5公开了一种自蔓延烧结的金属陶瓷，但采用自蔓延烧结的工艺技术有待于改进提高。
发明内容
为了克服二氧化锆陶瓷冲击韧度低的缺点，铁与钼合金的硬度和耐磨性不够高的缺点，本发明提供一种冲击韧度强、硬度高和耐磨性好的铁、碳、钼、硼、氧化锆的金属陶瓷材料及其制备方法。
本发明所采用的技术方案是将铁、碳、钼、硼合金所具有的特性与二氧化锆陶瓷的特性相结合，两者相互取长补短，可以获得冲击韧度较高、硬度较高、耐磨性较好的金属陶瓷。通过热处理改变固溶体的溶解度，提高合金物相的硬度和耐磨性。采用铁、碳、钼、硼、二氧化锆的粉末原料，按一定比例进行混合，通过对粉料的球磨、压坯和烧结成形，然后将烧结体进行热处理。具体制备工艺如下(1)配料与混合将工业纯的铁、碳、钼、硼、二氧化锆粉末原料按一定比例混合，原料粉末的具体配比范围如下(重量百分比)ZrO220～82％Fe 9～40％Mo 9～40％C 0.3～1％Al 0.2～3％B 0.4～10％配方中以ZrO235～50％；Fe 15～35％；Mo 13～33％；C0.4～0.8％；Al 0.3～1.8％；B3～7％范围时的力学性能最佳。
上述配方中的铝、硼为助烧剂并具有拟制晶粒长大等方面的作用；钼的加入可以明显改善材料冲击韧度；铁可以与添加的其它元素形成固溶体和合金化合物，有利于强度和冲击韧度指标的提高；二氧化锆能够提高材料的硬度和耐磨性。
(2)制粉将混合后的粉料放入球磨机的磨罐中进行球磨。球磨时间依原始粉末的粒度不同而不同，一般在0.5～5小时。粉料的粒度小于0.5μm后即可使用。
(3)压坯将磨好的粉料加入5％的动物骨胶作为临时成型剂，通过模压制成压坯。
(4)烧结成形在无氧条件下把压坯加热到1500～2000℃范围进行烧结，烧结时的保温时间与压坯尺寸的大小有关，一般保温为0.5～5小时。烧结后随炉降温冷却。
(5)烧后热处理烧结成形后需要对烧结体进行热处理改善力学性能。在无氧条件下将烧结体加热到800～1000℃，保温2～3小时，然后将烧结体放入冷却液中快速冷却，冷至室温即可。
本发明利用铁、碳、钼、硼元素在烧结中的相互反应，形成铁、碳、钼、硼的化合物和固溶体。可以获得高于一般金属材料的硬度，而脆性远低于陶瓷材料。利用金属固溶体的相变特点，可以通过热处理改善力学性能。将铁、碳、钼、硼的化合物与陶瓷组合，经过合理的热处理，可以获得冲击韧度高、硬度高和耐磨性好的金属陶瓷。本发明的突出效果是铁、钼、碳、硼、二氧化锆金属陶瓷的硬度和耐磨性高于铁、钼系合金，冲击韧度高于二氧化锆陶瓷。通过热处理后，其中金属相中固溶体的硬度和耐磨性得到了提高。二氧化锆相的分布较为均匀，使材料具有高的抗磨损能力，铁和钼金属相的存在改善了材料的韧性。
本发明的金属陶瓷主要用于腐蚀条件下的耐磨和抗冲击构件，例如腐蚀环境下泥浆泵的壳体和叶轮、化工设备中高压管路的弯头、海洋机械的耐磨构件等。
具体实施例方式
实施例1一种铁、碳、钼、硼、氧化锆的金属陶瓷材料及其制备方法如下对工业纯的铁、钼、碳、硼、二氧化锆粉末原料进行配比和混合，具体配比如下(重量百分比)ZrO270％Fe 13％Mo 11％C 0.4％Al 0.6％
B5％利用摆式球磨机对上述粉料进行球磨。粉料粒径小于0.5μm后，加入5％的动物骨胶作为临时成型剂，通过模压成为压坯。将压坯放入烧结炉中加热到1950℃，保温0.5小时，随炉冷至室温后出炉。再将烧结体加热到900℃，保温2.5小时，然后在冷却液中进行快速冷却。冷却到室温后即可。
实施例2粉末原料同实施例1，进行配比和混合，具体配比如下(重量百分比)ZrO220％Fe 40％Mo 30％C 0.5％Al 0.5％B 9％其余过程与实施例1相同，不同之处在于烧结温度为1550℃，保温4小时。
实施例3粉末原料同上例实施例1，进行配比和混合，具体配比如下(重量百分比)ZrO250％Fe 24％Mo 20％C 0.7％Al 0.3％B 5％其余过程与实施例1相同，不同之处在于烧结温度为1650℃，保温2小时。
权利要求
1.一种含铁、钼、碳、硼、二氧化锆的金属陶瓷材料及其制备工艺，其特征为该金属陶瓷的配比为(重量百分比)ZrO220～82％；Fe 9～40％；Mo 9～40％；C 0.3～1％；Al 0.2～3％；B 0.4～10％。其制备工艺如下(1)配料与混合采用工业纯的铁、钼、碳、硼、二氧化锆粉末原料，按配比进行混合；(2)制粉利用球磨机对配制好的粉料进行球磨，球磨0.5～5小时，球磨后的粉料粒度＜0.5μm；(3)压坯利用模具冷压成型；(4)烧结成形烧结温度为1500～2000℃，保温时间0.5～5小时；(5)烧后热处理加热到800～1000℃，保温2～3小时，保温后快速冷却。
2.如权利要求1所述，含铁、钼、碳、硼、二氧化锆的金属陶瓷材料，其特征在于该金属陶瓷材料的最佳配比范围ZrO235～50％；Fe 15～35％；Mo 13～33％；C 0.4～0.8％；Al 0.3～1.8％；B 3～7％。
全文摘要
本发明公开了一种铁、钼、碳、硼、二氧化锆系的金属陶瓷材料及其制备方法，属于金属复合材料技术领域。其中，配比为(重量百分比)ZrO
文档编号C04B35/622GK1736946SQ20051004436
公开日2006年2月22日 申请日期2005年8月2日 优先权日2005年8月2日
发明者常春 申请人:山东大学