专利名称：反应烧结法制备高速钢表面三元硼化物金属陶瓷覆层的工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高速钢表面覆层的制备工艺，能够解决高速钢制品耐磨性、耐热性不足的缺陷，大幅度提高其使用寿命。
背景技术：
高速钢含有较高的碳及大量钨、钼、铬、钒、钴等元素，淬透性很高，热处理后获得回火马氏体和颗粒状碳化物，并产生二次硬化效应，具有较高的强度、硬度和红硬性，并兼有适宜的塑性和韧性。但是，高速钢成分和组织结构决定了其耐磨性和耐热性是有限的，此外，高速钢中的碳化物粗大而且不均匀分布，在热处理过程中难以固溶，减小了奥氏体合金度，也导致高速钢的耐磨性、耐热性不足，难以满足现代加工对模具、工具材料越来越高的要求。在实际应用中，许多工况下既要求材料具有高的强度、韧性，同时又要求材料具有高的硬度、良好的耐磨性。采用单一的材料来制造，难以满足产品对强度、韧性、硬度及耐磨性等综合性能的要求。机械零件的失效大多是从表面开始，材料的表面强度直接影响机械零件的使用寿命。表面处理技术可以改善材料的表面性能，提高机械零部件的使用寿命。主要工艺方法有化学气相沉积法，物理气相沉积法，激光熔覆技术，热喷涂技术，溶胶-凝胶法，自蔓延高温合成法等，这些方法主要缺点是覆层或涂层的厚度较薄，与基材的界面结合不稳定，结合强度偏低，设备投资大，工艺复杂。
发明内容
为了克服高速钢存在耐磨性、耐热性不足，提高高速钢制品的使用寿命，本发明采用粉末冶金法，在高速钢表面制备三元硼化物金属陶瓷覆层，使其在保持较高强度和韧性的同时，具有较高的耐磨性及耐热性。
本发明所采用的技术方案是反应烧结法制备高速钢表面三元硼化物金属陶瓷覆层的工艺，取组份为FeB、Mo、Ni、Cr、Fe的粉末，其重量百分比含量分别为25～40、35～50、1～10、1～10、10～20，粉末经过球磨机球磨混合后，用水玻璃进行调制，水玻璃占粉末总重量的5~10％，将调制好的混合料涂覆在高速钢制品的表面，干燥后在真空炉中烧结，烧结温度1200℃～1350℃，保温时间10分钟～60分钟，烧结后获得与高速钢基体牢固结合的三元硼化物金属陶瓷覆层。
所述的经球磨机球磨后的粉未粒径为10~20μm。
所述的混合料涂覆在高速钢制品的表面的涂层厚度为0.1～10mm。
反应烧结法制备三元硼化物金属陶瓷，是利用镍、铬、钼等粉末与硼或硼化物混合粉末与铁在高温下原位反应生成三元硼化物，并通过高温液相烧结达到完全致密化的一种新型工艺。其烧结体的结构是三元硼化物的硬质相和含镍、铬、钼等铁基粘结相。具有很高的硬度、耐磨性及耐热性。
本发明的有益效果是，获得和基质材料牢固结合且具有一定厚度的表面三元硼化物金属陶瓷覆层，在保持高速钢的高强度和韧性的同时，表面具有很高的硬度、耐磨性及耐热性，耐磨性实验表明，抗磨损能力可以提高5倍(如图1所示)，能够大幅度的提高制品的使用寿命。
图1是本发明抗磨损性能图具体实施方式
实施例1取组份为FeB、Mo、Ni、Cr、Fe的粉末，其重量百分比含量分别为25、35、10、10、20，粉末置入球磨机中球磨，经球磨机球磨后的粉未粒径为10~20μm；用水玻璃进行调制，水玻璃占粉末总重量的5％，将调制好的混合料涂覆在高速钢制品的表面，覆层厚度为0.1mm，待干燥后在真空炉中烧结，烧结温度1350℃，保温时间10分钟，烧结后获得与高速钢基体牢固结合的三元硼化物金属陶瓷覆层。
实施例2取组份为FeB、Mo、Ni、Cr、Fe的粉末，其重量百分比含量分别为40、35、5、10、10，粉末放入球磨机中球磨，经球磨机球磨后的粉未粒径为10~20μm；用水玻璃进行调制，水玻璃占粉末总重量的7％，将调制好的混合料涂覆在高速钢制品的表面，覆层厚度为5mm，待干燥后在真空炉中烧结，烧结温度1200℃～1350℃，保温时间40分钟，烧结后获得与高速钢基体牢固结合的三元硼化物金属陶瓷覆层。
实施例3取组份为FeB、Mo、Ni、Cr、Fe的粉末，其重量百分比含量分别为30、40、10、5、15，粉末放入球磨机中球磨，经球磨机球磨后的粉未粒径为10~20μm；用水玻璃进行调制，水玻璃占粉末重量的8％，将调制好的混合料涂覆在高速钢制品的表面，覆层厚度为6mm，待干燥后在真空炉中烧结，烧结温度1200℃～1350℃，保温时间40分钟，烧结后获得与高速钢基体牢固结合的三元硼化物金属陶瓷覆层。
实施例4取组份为FeB、Mo、Ni、Cr、Fe的粉末，其重量百分比含量分别为40、38、1、1、20，粉末置入球磨机中球磨，经球磨机球磨后的粉未粒径为10~20μm；用水玻璃进行调制，水玻璃占粉末总重量的10％，将调制好的混合料涂覆在高速钢制品的表面，覆层厚度为10mm，待干燥后在真空炉中烧结，烧结温度1200℃～1350℃，保温时间60分钟，烧结后获得与高速钢基体牢固结合的三元硼化物金属陶瓷覆层。
本发明还可以解决在钢铁材料表面上制备的硬质材料覆层或涂层的一系列科学技术问题，包括制备三元硼化物金属陶瓷覆层成分的选择原则，确定制备三元硼化物金属陶瓷覆层的成型方法和烧结工艺，揭示三元硼化物金属陶瓷覆层的界面结构特征和烧结机理。
权利要求
1.反应烧结法制备高速钢表面三元硼化物金属陶瓷覆层的工艺，其特征是取组份为FeB、Mo、Ni、Cr、Fe的粉末，其重量百分比含量分别为25～40、35～50、1～10、1～10、10～20，粉末经过球磨机球磨后，用水玻璃进行调制，水玻璃占粉末总重量的5~10％，将调制好的混合料涂覆在高速钢制品的表面，干燥后在真空炉中烧结，烧结温度1200℃～1350℃，保温时间10分钟～60分钟，烧结后获得与高速钢基体牢固结合的三元硼化物金属陶瓷覆层。
2.据权利要求1所述的反应烧结法制备高速钢表面三元硼化物金属陶瓷覆层的工艺，其特征是所述的经球磨机球磨后的粉未粒径为10~20μm。
3.据权利要求1所述的反应烧结法制备高速钢表面三元硼化物金属陶瓷覆层的工艺，其特征是所述的混合料涂覆在高速钢制品的表面的涂层厚度为0.1～10mm。
全文摘要
本发明涉及一种高速钢表面覆层的制备工艺。粉末冶金法制备高速钢表面三元硼化物金属陶瓷覆层的工艺，其特征是取组份为FeB、Mo、Ni、Cr、Fe的粉末，其重量百分比含量分别为25～40、35～50、1～10、1～10、10～20，粉末经过球磨机球磨混合后，用水玻璃进行调制，水玻璃占粉末总重量的5~10％，将调制好的混合料涂覆在高速钢制品的表面，干燥后在真空炉中烧结，烧结温度1200℃～1350℃，保温时间10分钟～60分钟，烧结后获得与高速钢基体牢固结合的三元硼化物金属陶瓷覆层。它能够解决高速钢制品耐磨性、耐热性不足的缺陷，大幅度提高其使用寿命。
文档编号B22F7/04GK1570208SQ20041001307
公开日2005年1月26日 申请日期2004年4月22日 优先权日2004年4月22日
发明者华林, 周小平, 毛华杰, 赵玉民 申请人:武汉理工大学