本发明属于材料化学技术领域，尤其是涉及一种MoFeB基金属陶瓷涂层的制备方法。
背景技术：
钢铁工业是我国国民经济的基础，而模具被称为是工业发展的“基石”。随着科学技术高速发展和模具工作环境的恶化，单纯的金属材料已经不能满足模具行业的要求。模具的失效形式一般为塑性变形、磨损、断裂或开裂、金属疲劳及腐蚀等等。而其中磨损是模具失效损坏的主要形式。而从经济效益以及能源资源利用率上考虑模具表面改性和表面强化是提高模具使用性能以及延长模具使用寿命的不二选择。
三元硼化物基金属陶瓷是一种性能优良的新型材料,有很大的发展潜力。三元硼化物基金属陶瓷具有极高的强度、硬度、断裂强度以及优良的耐热性能和耐腐蚀性能，因此经常应用于注塑机械零件、铜的热挤压模具等高磨损的环境中。其中Mo2FeB2基金属陶瓷既保持了陶瓷的高强度、高硬度、耐磨损、耐高温、抗氧化和化学稳定性等特性，又具有较好的金属韧性和可塑性，而且还可以与钢基体可以产生良好的冶金结合，因此是模具表面改性的合适的材料选择。
技术实现要素：
本发明的目的是为进一步提高Mo2FeB2基金属陶瓷的综合性能，即同时提高其硬度和韧性，以为模具钢表面改性提供更好的材料选择。通过在原料中添加适量单质Y粉末，Y的“稀土效应”可以有效降低Mo2FeB2基金属陶瓷的晶粒大小，同时稀土元素活性大容易与杂质元素结合并排出以减少杂质含量以及缺陷的存在，从而从整体上提高Mo2FeB2基金属陶瓷的硬度、韧性并改善其致密度以及孔隙率。
本发明的技术方案是：一种MoFeB基金属陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)按以下原料组成配料：Fe粉7.0-11.2份，FeB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)使用球磨机对步骤(1)的大颗粒原料进行粉碎与混合，在氩气气氛保护下干磨，随后过筛过滤掉大颗粒粉料,其中：所述球磨机采用直径为Ф5mm和Ф10mm的不锈钢磨球，大球与小球的质量比为20-25:1，球料比是3-8:1，球磨转速为200-300r/min，球 磨时间为18-22h；
(3)将步骤(2)所制备的混合原料粉末于放电等离子烧结炉中烧结，烧结制度为：常温时，将粉末装入模具放入SPS烧结炉中，经过放电等离子烧结，并保温，然后随炉冷却至室温；炉体内保持真空，其中：烧结升温速率为：90-110℃/min，烧结温度为900-1100℃，烧结压力为25-35Mpa，保温时间为5-15min；真空度控制≤8pa。
优选的，所述步骤(1)的原料纯度均≥99.00％；
优选的，所述步骤(2)采用160目筛进行过滤；
优选的，所述步骤(2)的行星式球磨机采用直径为Ф5mm或Ф10mm的不锈钢磨球，大球与小球的质量比为24:1，球料比是5:1，球磨转速为250r/min，球磨时间为20h；
优选的，所述步骤(3)的烧结制度：升温速率为100℃/min；烧结温度为1050℃；烧结压力为30Mpa；保温时间为10min；真空度控制≤6pa。
优选的，所述步骤(1)的配料比为：Fe粉10.1-11.1份，FeB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
本发明的另一方面，还包括一种由上述方法制得的MoFeB基金属陶瓷涂层。
本发明的另一方面，还包括上述MoFeB基金属陶瓷涂层在模具钢表面的应用。
本发明具有的优点和积极效果是：
(1)所用FeB粉、Fe粉、Mo粉等原料都比较易得，可以有效的降低生产成本。
(2)通过有效添加单质Y粉，Y元素可以细化晶粒；形成金属间化合物；形成氧化物等作用，这些改善了金属陶瓷涂层的致密性和均匀性，并显著提高了金属陶瓷涂层的硬度、致密度和韧性等综合性能。
具体实施方式
本发明采用的纯Fe粉、FeB粉、Mo粉、Y粉以及Cr粉、Ni粉、Mn粉和C粉均为市售的化学纯粉末试剂，配料后先于QM-3SP4型行星式球磨机中球磨20h，在氩气气氛保护下干磨，过筛；然后将粉末装入模具放入SPS烧结炉中，经过放电等离子烧结，并保温，然后随炉冷却至室温；炉体内保持真空。
本发明的原理是通过添加适量Y粉，利用Y元素的“稀土效应”可以细化晶粒并改 善致密度和结孔隙率。通过添加Y粉，Mo2FeB2基金属陶瓷的抗拉强度、硬度及致密度都有了显著的提高或者改善。本发明为了使Mo2FeB2基金属陶瓷出现最佳的综合性能，所以添加适量的Cr粉、Ni粉、Mn粉，同时为了减少原料的氧化等，添加少量C粉。
对比实施例
以Fe粉12.1份，FeB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份进行配料，但不添加Y粉。将上述原料先于QM-3SP4型行星式球磨机中250r/min球磨20h，在氩气气氛保护下干磨，过筛；所制备的混合原料粉末于放电等离子(SPS)烧结炉中烧结。常温时，将粉末装入模具放入SPS烧结炉中，经过放电等离子烧结，并保温，然后随炉冷却至室温；过程中炉体内保持真空。烧结制度为：升温速率为100℃/min；烧结温度为1050℃；烧结压力为30Mpa；保温10min；真空度控制≤6pa。
实施例1
以Fe粉11.1份，FeB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份进行配料。将上述原料先于QM-3SP4型行星式球磨机中250r/min球磨20h，在氩气气氛保护下干磨，过筛；所制备的混合原料粉末于放电等离子(SPS)烧结炉中烧结。常温时，将粉末装入模具放入SPS烧结炉中，经过放电等离子烧结，并保温，然后随炉冷却至室温；过程中炉体内保持真空。烧结制度为：升温速率为100℃/min；烧结温度为1050℃；烧结压力为30Mpa；保温10min；真空度控制≤6pa。
实施例2
以Fe粉10.1份，FeB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份进行配料。将上述原料先于QM-3SP4型行星式球磨机中250r/min球磨20h，在氩气气氛保护下干磨，过筛；所制备的混合原料粉末于放电等离子(SPS)烧结炉中烧结。常温时，将粉末装入模具放入SPS烧结炉中，经过放电等离子烧结，并保温，然后随炉冷却至室温；过程中炉体内保持真空。烧结制度为：升温速率为90℃/min；烧结温度为900℃；烧结压力为30Mpa；保温10min；真空度控制≤6pa。
实施例3
以Fe粉7.0份，FeB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份进行配料。将上述原料先于QM-3SP4型行星式球磨机中250r/min球磨20h，在氩气气氛保护下干磨，过筛；所制备的混合原料粉末于放电等离 子(SPS)烧结炉中烧结。常温时，将粉末装入模具放入SPS烧结炉中，经过放电等离子烧结，并保温，然后随炉冷却至室温；过程中炉体内保持真空。烧结制度为：升温速率为110℃/min；烧结温度为1100℃；烧结压力为25Mpa；保温5min；真空度控制≤8pa。
实施例4
以Fe粉11.2份，FeB粉28.0份，Mo粉47.0份，Y粉1.5份，Cr粉2.0份，Ni粉.02份，Mn粉2.0份，C粉1.5份进行配料。将上述原料先于QM-3SP4型行星式球磨机中250r/min球磨20h，在氩气气氛保护下干磨，过筛；所制备的混合原料粉末于放电等离子(SPS)烧结炉中烧结。常温时，将粉末装入模具放入SPS烧结炉中，经过放电等离子烧结，并保温，然后随炉冷却至室温；过程中炉体内保持真空。烧结制度为：升温速率为100℃/min；烧结温度为1050℃；烧结压力为35Mpa；保温15min；真空度控制≤6pa。
以上实施例均采用机械球磨方式使金属粉末充分混合，然后进行放电等离子烧结(SPS)的一系列技术路线。
本发明采用MH—6型显微硬度计来测定显微硬度，加载载荷为100gf，加载停留时间为10s；采用SHIMADZUAUY120型专用天平，根据阿基米德排水法来测量试样的致密度；采用型号为OLYMPUSGX51型金相显微镜根据ISO4505标准来确定试样的孔隙率；采用型号WDW-20微控电子万能试验机进行拉伸测试，确定试样的屈服强度和抗拉强度。
测量对比实施例与实施例1-4的Mo2FeB2基金属陶瓷的表面维氏硬度，得到以下数据：在原料中没有添加Y粉的Mo2FeB2基金属陶瓷的对比实施例表面维氏硬度为1167HV，添加Y粉的Mo2FeB2基金属陶瓷的实施例1-4表面维氏硬度的平均值达到了1726-1889HV。
测量对比实施例与实施例1-4的Mo2FeB2基金属陶瓷的致密度，得到以下数据：对比实施例的致密度为7.49g/cm3；实施例1-4的致密度均值达到了7.90-8.23g/cm3。
测量对比实施例与实施例1-4的Mo2FeB2基金属陶瓷的孔隙率，得到以下数据：对比实施例的孔隙率有5.45％，实施例1-4的孔隙率均值降低到2.90％-3.11％。
测量对比实施例与实施例1-4的Mo2FeB2基金属陶瓷的屈服强度和拉伸强度，得到以下数据：对比实施例的屈服强度和拉伸强度分别为13.51和58.11Mpa，实施例1-4的屈服强度和拉伸强度均值分别22.15Mpa-23.75Mpa和114.86-116.32Mpa。
通过上述比较，充分证明了本发明了添加Y粉后的Mo2FeB2基金属陶瓷的力学综合性能得到了很大提高，而且性能比较优异。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例， 不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。