一种Mo₂FeB₂基钢结硬质合金的制备方法

专利名称：一种Mo₂FeB₂基钢结硬质合金的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种Mo2FeB2基钢结硬质合金的制备技术，属于结构功能材料制备领域，为制备高性能Mo2FeB2基钢结硬质合金提供了一种产品性能稳定，成本低，工艺可控，可实现工业化的新技术。
背景技术：
硬质合金中常用的硬质相材料包括碳化物、氧化物、氮化物和硼化物。其中硼化物具有高熔点、高硬度、高耐磨性和高抗腐蚀性能，被视为较有发展前景的硬质相材料。Mo2FeB2具有良好的耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性，以及高的导电率，在耐磨和耐蚀等领域中得到了广泛的应用和发展。与TiC相比，Mo2FeB2具有更好与钢的润湿性，更高的硬度。与WC相比，具有相当的强度，体积密度更小，价格便宜。Mo2FeBjK念最先由日本Ken-ichi Takagi提出，其采用硼化反应烧结的方法，利用FeB、Mo、羰基铁粉烧结过程中三种原料之间的硼化反应原位合成Mo2FeB2，从而制备出Mo2FeB2金属陶瓷。由于金属陶瓷烧结过程中同时进行着Mo2FeB2相的形成，因而原料的化学反应程度对烧结温度、反应气氛有着强烈敏感性，组织变化难以控制，制备出的Mo2FeB2金属陶瓷性能极其不稳定。

发明内容
本发明目的在于提供一种制备Mo2FeB2三元复合硼化物粉末的方法，制备出的Mo2FeB2纯度较高，无杂质相，易破碎或无需破碎。进而采用Mo2FeB2三元复合硼化物粉末制备出低能耗、产品性能稳定的高性能Mo2FeB2基钢结硬质合金。该技术首先是利用BN、羰基铁、Mo真空烧结反应制备纯Mo2FeB2粉。以此#印2为硬质相，铁基合金粉为粘结相，经混合、压制、烧结后制得高性能的Mo2FeB2基钢结硬质合金。该技术关键在于Mo2FeB2硬度高，导电率高，具有良好的耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性，且与钢基体的润湿性良好，是一种比较有发展前途的硬质相材料。与传统的硬质合金相比，具有相当的强度和硬度，对于发展不含钨、钴等贵金属材料具有重要的经济意义和战略意义。能耗低，工艺可控，可实现工业化需求。本发明在传统的硬质合金制备基础上并结合Mo2FeB2优异性能，采用BN、羰基铁、Mo作为原料，先反应烧结合成高纯度Mo2FeB2粉，然后将其作为硬质相，铁基合金粉作为粘结相，制备Mo2FeB2基钢结硬质合金。具体技术工艺如下
(I)Mo2FeB2三元复合硼化物粉的制备采用BN、羰基铁、Mo作为合成Mo2FeB2的反应原料，分别占质量分数l(T20wt%、l(T20Wt%、6(T80Wt%，普通球磨机混合均匀，采用真空烧结，烧结温度在120(Tl40(rC，最终经破碎得到Mo2FeB2粉末。
(2)混合粉制备以Mo2FeB2粉末作为钢结硬质合金的硬质相，铁基合金粉为粘结相，采用普通球磨进行混料，以丙酮为介质，球磨时间1(T48 h，经真空干燥60°C保温Γ8h得到混合粉。(3)成形采用普通冷压成形，以汽油橡胶为成形剂，添加量为每IOOg粉2(T30ml
汽油橡胶。(4)烧结采用真空脱胶-烧结一体化烧结工艺，烧结温度在110(Tl20(rC，保温时间O 30 min。本发明提出了 Mo2FeB2三元复合硼化物粉的制备及此#682基钢结硬质合金的制备方法，与传统的制备工艺相比，其优点在于
1、制备Mo2FeB2粉纯度高，无杂质相，易破碎或无需破碎。2、Mo2FeB2硬度高，导电率高，具有良好的耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性，且与钢基体的润湿性良好，是一种极具发展前景的钢结硬质合金的硬质相材料。其组织易控制，力学性能优异，性能稳定。3、该钢结硬质合金的烧结温度低，能耗低，适用于工业化需求。
具体实施例方式实施实例I :成分70wt%Mo2FeB2_5wt%Cr_3. 0wt% Ni_Fe 余量，Mo2FeB2 基钢结硬质合金的制备。I、称取BN粉100g，羰基铁粉100g、Mo粉300g，合计500g。放入滚动球磨机中干混4h。其中球料比为7:1。球磨机转速为70rad/min。2、混合后的粉末装入陶瓷坩埚密封后放入真空炉中，加热至1300°C保温30min。加热速度为7°C /min。然后炉冷至室温。3、烧结后得到的Mo2FeB2粉经高频振动球磨机振动12h破碎至Ium左右。4、按照质量分数70wt% Mo2FeB2_5wt%Cr_3. Owt%Ni_Fe余量配得原料粉末合计500go采用湿混的方式进行滚动球磨混料。球磨机转速为70rad/min。其中球料比为7:1,球磨介质为丙酮。丙酮用量刚好没过球磨珠即可。球磨时间为48h.
5、混合均匀后的粉末在鼓风干燥箱中烘干，干燥温度为60°C。干燥后的粉末掺入汽油橡胶，其中汽油橡胶的用量100ml。混合均匀后用鼓风干燥箱烘干，过60目的筛网造粒。6、采用单向压机将造粒后的粉末压制成5X5X35mm的矩形条还体。其压力为280Mpa.
7、将压制好的坯体放入真空烧结炉中烧结。其烧结温度为1120°C，保温20min。炉冷
至室温。8、采用万能试验机测定硬质合金的三点抗弯强度为2300Mpa，采用洛氏硬度仪测定合金的硬度为89HRA。实施实例2 :成分质量分数 30wt%Mo2FeB2_8wt%Cr_3. 0wt% Ni_Fe 余量,Mo2FeB2S钢结硬质合金的制备。I、称取BN粉50g，羰基铁粉50g、Mo粉400g，合计500g。放入滚动球磨机中干混4h。其中球料比为7:1。球磨机转速为70rad/min。2、混合后的粉末装入陶瓷坩埚密封后放入真空炉中，加热至1400°C保温lOmin。加热速度为7V /min。然后炉冷至室温。3、烧结后得到的Mo2FeB2粉经高频振动球磨机振动12h破碎至Ium左右。4、按照质量分数30wt% Mo2FeB2_8wt%Cr_3. Owt%Ni_Fe余量配得原料粉末合计500go采用湿混的方式进行滚动球磨混料。球磨机转速为70rad/min。其中球料比为7:1,球磨介质为丙酮。丙酮用量刚好没过球磨珠即可。球磨时间为48h.
5、混合均匀后的粉末在鼓风干燥箱中烘干，干燥温度为60°C。干燥后的粉末掺入汽油橡胶，其中汽油橡胶的用量120ml。混合均匀后用鼓风干燥箱烘干，过60目的筛网造粒。6、采用单向压机将造粒后的粉末压制成5X5X35mm的矩形条还体。其压力为280Mpa.
7、将压制好的坯体放入真空烧结炉中烧结。其烧结温度为1100°C，保温20min。炉冷
至室温。8、采用万能试验机测定硬质合金的三点抗弯强度为2000Mpa，采用洛氏硬度仪测定合金的硬度为76HRA。实施实例3 :成分质量分数 70wt%Mo2FeB2_3Cr_2. 0% V_3%ff_Fe 余量，Mo2FeB2 基钢结硬质合金的制备。I、称取BN粉60g，羰基铁粉70g、Mo粉370g，合计500g。放入滚动球磨机中干混4h。其中球料比为7:1。球磨机转速为70rad/min。2、混合后的粉末装入陶瓷坩埚密封后放入真空炉中，加热至1400°C保温Omin。加热速度为7°C /min。然后炉冷至室温。3、烧结后得到的Mo2FeB2粉经高频振动球磨机振动12h破碎至Ium左右。4、按照 70wt% Mo2FeB2_3wt%Cr_2. Owt% V_3wt%ff_Fe 余量配得原料粉末合计 500g。采用湿混的方式进行滚动球磨混料。球磨机转速为70rad/min。其中球料比为7:1,球磨介质为丙酮。丙酮用量刚好没过球磨珠即可。球磨时间为48h.
5、混合均匀后的粉末在鼓风干燥箱中烘干，干燥温度为60°C。干燥后的粉末掺入汽油橡胶，其中汽油橡胶的用量150ml。混合均匀后用鼓风干燥箱烘干，过60目的筛网造粒。6、采用单向压机将造粒后的粉末压制成5X5X35mm的矩形条还体。其压力为280Mpa.
7、将压制好的坯体放入真空烧结炉中烧结。其烧结温度为1140°C，保温20min。炉冷
至室温。8、采用万能试验机测定硬质合金的三点抗弯强度为2600Mpa，采用洛氏硬度仪测定合金的硬度为84HRA。
权利要求
1.一种Mo2FeB2基钢结硬质合金的制备方法，其特征包括以下工艺步骤 (I)Mo2FeB2三元复合硼化物粉的制备采用BN、羰基铁、Mo作为合成Mo2FeB2的反应原料，分别占质量分数l(T20wt%、l(T20Wt%、6(T80Wt%，球磨机混合均匀，采用真空烧结，烧结温度在120(Tl400°C，最终经破碎得到Mo2FeB2粉末； (2)混合粉制备以Mo2FeB2粉末作为钢结硬质合金的硬质相，铁基合金粉为粘结相，采用普通球磨进行混料，以丙酮为介质，球磨时间1(T48 h，经真空干燥60°C保温Γ8 h得到混合粉； (3)成形以步骤2的混合粉为原料，以汽油橡胶为成形剂，采用普通冷压成形，成形剂添加量为每IOOg混合粉2(T30ml汽油橡胶； (4)烧结采用真空脱胶-烧结一体化烧结工艺，烧结温度在110(Tl20(rC，保温时间O 30 min。
2.根据权利要求I所述的Mo2FeB2基钢结硬质合金的制备方法，其特征在于Mo2FeB2H元复合硼化物粉末粒度在f 100 μ m。
3.根据权利要求I所述的Mo2FeB2基钢结硬质合金的制备方法，其特征在于混合粉制备中Mo2FeB2粉末作为硬质相的含量质量分数为2(T80 wt%。
4.根据权利要求I所述的Mo2FeB2基钢结硬质合金的制备方法，其特征在于粘结相铁基合金粉为不锈钢粉、高速钢粉、高锰钢粉、合金钢粉或耐热钢粉。
全文摘要
一种Mo2FeB2基钢结硬质合金的制备方法，属于结构功能材料制备领域。本发明采用BN、羰基铁、Mo作为反应原料先制备出高纯度的Mo2FeB2三元复合硼化物粉。用所制备的Mo2FeB2粉作为硬质相，铁基合金粉作为粘结相，制备Mo2FeB2基钢结硬质合金。其优点在于(1)制备出Mo2FeB2粉纯度高，无杂质相，易破碎或无需破碎。(2)Mo2FeB2硬度高，导电率高，具有良好的耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性，且与钢基体的润湿性良好，其钢结硬质合金组织易控制，力学性能优异，性能稳定。(3)钢结硬质合金的烧结温度低，能耗低，适用于工业化需求。
文档编号C22C1/05GK102618769SQ20121009664
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月5日 优先权日2012年4月5日
发明者刘翔庆, 屈彦杰, 方哲成, 曾鲜, 石永亮, 郭志猛 申请人:北京科技大学