一种二硼化钨硬质材料及其制备方法和应用与流程

文档序号：12028215阅读：1234来源：国知局

本发明属于无机非金属硬质材料技术领域，更具体地，涉及一种二硼化钨硬质材料及其制备方法和应用。

背景技术：

硬质材料由于具有高硬度、良好的耐磨性和化学稳定性等优良特性，被广泛应用于切削刀具、耐磨涂层、耐研磨材料等。目前在工业上广泛应用的硬质材料主要是金刚石和立方氮化硼。然而，金刚石的热稳定性和化学稳定较差，在空气中加热到800℃易被氧化。另外，在加工含铁金属工件时，碳会渗入到刀具中导致刀具磨损甚至失效。立方碳化硼的热稳定性和化学稳定性均优于金刚石，但由于这类材料需要在高温高压下制备，成本很高。因此，工业上需要合成和制备比氧化铝、氮化硅等更硬的材料。

过渡金属硼化物由于其独特的力学、电学和磁学性能在材料科学基础研究和应用技术领域引起了极大的关注，更为重要的是，过渡金属硼化物可在非高温高压条件下合成。现研究报道的过渡金属硼化物主要有锇(os)、铼(re)、铱(ir)、钨(w)和钌(ru)等元素的硼化物。其中，wb2在4.9n载荷下的维氏硬度达到20gpa以上，被认为是硬质材料。由于wb2较低的自由扩散系数，目前，合成致密的二硼化钨大都是在高温高压条件下通过烧结技术来实现，如此这般，一方面，成本太高；另一方面，由于b在高温下会挥发。因此，直接用钨粉和硼粉制备wb2块体材料除难以把握硼的含量，还可能会在烧结过程中生成低硼化物(如w2b)，不能得到反应完全的以wb2为主相的致密的块体材料。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种二硼化钨硬质材料的合成和制备方法。该方法采用机械合金法，利用高能球磨以高纯钨(w)粉和硼(b)粉为原料可在室温下直接合成粉体状态的二硼化钨，然后在氩气保护气氛下，不添加烧结助剂经高温烧结将合成的粉末致密化，制成二硼化钨块硬质材料。该方法可得到以wb2为主相的、致密的块体材料，其可控性更强。

本发明的另一目的就是提供一种上述方法制备的二硼化钨硬质材料。

本发明的再一目的就是提供上述二硼化钨硬质材料的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案予以实现：

一种二硼化钨硬质材料的制备方法，包括如下具体步骤：

s1.将钨粉和非晶硼粉混合，添加磨球，在氩气的保护气氛下，室温下进行球磨，合成二硼化钨粉末；

s2.将二硼化钨粉末压成片，再通过冷等静压预压成型，得二硼化钨压片；

s3.将二硼化钨压片在真空或者氩气气体保护下，在1500℃～1800℃烧结，制得二硼化钨硬质材料。

优选地，步骤s1中所述球磨的时间为40～50h，所述磨球的材质为碳化钨，所述钨粉和非晶硼的摩尔比为1：2.5～5。

更为优选地，所述钨粉和非晶硼的摩尔比为1：2.5～3。

优选地，步骤s1中所述钨粉和非晶硼粉的总质量与磨球的质量比为1：(3～6)。

更为优选地，所述钨粉和非晶硼粉的总质量与磨球的质量比为1：4。

优选地，步骤s2中所述预压的压力为150～250mpa。

优选地，步骤s3中所述烧结的保温时间为1～2h。

一种二硼化钨硬质材料是通过上述的方法制备得到。

上述的二硼化钨硬质材料在切削刀具、电极材料或耐腐蚀材料相关的工业领域中的应用。

优选地，所述切削刀具为含铁类金属的干切削刀具。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明在常温常压下就可直接合成二硼化钨粉末，并在常压下就可制得致密的二硼化钨硬质材料，其制备过程可控性强。

2.本发明制备的二硼化钨硬质材料具有较高的纯度，其在4.9n载荷下的维氏硬度值可达到20gpa以上。

3.本发明制得的二硼化钨硬质可以有效用于切削刀具，特别是含铁类金属的高速干切削，以及电极材料、耐腐蚀材料和新型屏蔽材料等相关的工业领域。

附图说明

图1是实施例1-6制得的二硼化钨粉末的xrd图。

图2是实施例6和实施例7制得的二硼化钨粉末的xrd对比图。

图3是实施例6和实施例8制得的二硼化钨粉末的xrd对比图

图4是实施例6制得的粉体经1450℃热处理1h的xrd图。

图5是实施例6制得的粉体分别经1600℃和1700℃保温1h的xrd图。

图6是实施例6制得的粉体分别经1600℃和1700℃热处理制得样品的断面sem照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

机械化学法所用的设备可以为高能球磨机、振动球磨机、行星式球磨机、场辅助球磨机、等离子体辅助高能球磨机等。以下实施例中采用的是高能球磨机(美国spex公司型号为8000m)。以下实施例中采用的钨粉其纯度为99.95％，非晶硼粉的纯度为99.99％，购于北京中金研新材料科技有限公司。

实施例1

1.采用高能球磨机进行球磨，在充满氩气的手套箱中，将高纯的钨粉(w)与硼粉(b)按化学计量比1：3混合配料，添加碳化钨磨球六个，尺寸为11.20mm，球与混合粉末的质量之比为4:1。