一种稀土元素改性Mo2FeB2基金属陶瓷及其制备方法与流程

本发明属于金属陶瓷及制备技术领域，具体涉及一种稀土元素改性mo2feb2基金属陶瓷及其制备方法。

背景技术：

耐磨材料在金属冶炼、矿产开采等领域有着极为广泛的应用。在过去的几十年中，该类材料领域发生了巨大的变化。新型耐磨材料及其制备工艺逐渐替代传统材料及其制备工艺，具有光明的应用前景。三元硼化物基金属陶瓷，例如mo2feb2基金属陶瓷，具有原料简单、制造成本低廉、烧结性能良好、综合力学及物化性能优异等特点，因而受到广泛关注。

mo2feb2基金属陶瓷由于具有强度高、硬度高、耐磨损、耐腐蚀以及与钢的结合强度高等优异的特点，是制备工模具以及耐磨件的理想材料，被广泛用作切削刀具、铜的热挤压磨具和拉丝模。

现有采用放电等离子烧结(sps)制备的金属陶瓷虽然具有致密度高、高硬度和耐磨性好的优点，但是采用sps的方法会极大地提高成本，不利于工业上的应用和推广，此外，原料中过多的加入了其它合金元素，也会增加成本和增大带入杂质的可能性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种稀土元素改性mo2feb2基金属陶瓷及其制备方法，不包含其他化学元素，降低了生产成本和带入杂质的可能性，工艺简单，成本低廉。

本发明采用以下技术方案：

一种稀土元素改性mo2feb2基金属陶瓷制备方法，将纯度不低于99.0％的mo，feb，fe和稀土粉末混合，按重量百分比计：mo为45.0～51.0％，feb为26.0～33.0％，fe为16.0～28.5％，稀土粉末为la或y，加入无水乙醇进行球磨，然后将球磨后的浆料进行烘干处理并过筛，再进行模压成型，经真空液相烧结并随炉冷却得到硬度87.3～89.1hra的稀土元素改性mo2feb2基金属陶瓷。

具体的，按重量百分比计：y占mo、feb和fe混合粉末的0～1.0％，la占mo、feb和fe混合粉末的0～1.0％。

进一步的，球磨采用湿磨方式，无水乙醇的加入量为混合粉末质量百分比的40～160％。

具体的，球磨处理中的球料比是(1～11)：1，球磨过程中使用氩气作为保护气氛，球磨机的转速为140～360r/min，球磨时间为3～37小时。

具体的，将球磨后的浆料倒入茄形瓶中进行烘干，茄形瓶的旋转速度为45～165r/min，旋转蒸发仪中的真空度10^-2～10⁰mpa。

进一步的，烘干处理的温度为30～110℃，时间为1～5小时。

具体的，模压成型的成型压力为90～510mpa，保压时间为50～310s。

具体的，真空液相烧结的升温速率为2～11℃/min，烧结温度为900～1600℃，保温时间为0～50min，烧结过程中真空度为10^-3～10^-1pa。

本发明的另一技术方案是，一种稀土元素改性mo2feb2基金属陶瓷制备方法制备的稀土元素改性mo2feb2基金属陶瓷。

具体的，稀土元素改性mo2feb2基金属陶瓷的三点弯曲强度为1305.6～1540.7mpa，致密度为97.42～98.91％。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明制备mo2feb2基金属陶瓷所用的原料简单，除了必需的mo、fe和b元素，只添加了稀土元素，节约成本；利用稀土元素的“稀土效应”，提高了金属陶瓷的性能。制备出的mo2feb2基金属陶瓷最高硬度可达89.1hra，最高三点弯曲强度可达1540.7mpa。

进一步的，组分重量百分比为：mo：45.0～51.0％，feb：26.0～33.0％，fe：16.0～28.5％，y：0～1.0％，la为0～1.0％。可以将硬质相的体积控制在整个金属陶瓷体积的60％～80％，得到的金属陶瓷综合力学性能优异。

进一步的，在球磨过程中加入占混合粉体质量的40～160％的无水乙醇作为控制剂，可以减轻粉体的氧化，使粉末混合均匀，提高球磨效率。

进一步的，球磨过程中使用氩气作为保护气氛，可以有效的避免粉体被氧化。

进一步的，使用旋转蒸发仪可以有效的烘干混合粉末，缩短了金属陶瓷的制备周期。

进一步的，模压成型中参数选用成型压力为90～510mpa，保压时间为50～310s。既可以保证坯体的强度，也可以避免出现大的应力甚至裂纹，为后续烧结做好准备。

进一步的，烧结方法采用真空液相烧结，工艺过程简单，成本低廉，适合工业应用和推广。

本发明制备得到的mo2feb2基金属陶瓷致密度高、硬度高和耐磨性好，可用于磨损、腐蚀、腐蚀磨损交互作用工况。

综上所述，本发明成份简单，不包含其他化学元素，降低了生产成本和带入杂质的可能性，工艺简单，成本低廉。而且通过添加稀土元素净化了晶界，细化了硬质相的晶粒尺寸，制备得到的mo2feb2基金属陶瓷可用于磨损、腐蚀、腐蚀磨损交互作用工况。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明制备的稀土y改性mo2feb2基金属陶瓷微观组织sem照片；

图2为本发明制备的稀土la改性mo2feb2基金属陶瓷微观组织sem照片。

具体实施方式

本发明提供了一种稀土元素改性mo2feb2基金属陶瓷及其制备方法，稀土元素改性mo2feb2基金属陶瓷包含硬质相和粘结相，原料为粉末，其组分重量百分比为：mo：45.0～51.0％，feb：26.0～33.0％,fe：16.0～28.5％,y：0～1.0％，la：0～1.0％。称重后在球磨机中进行湿磨，然后粉末经干燥、模压成型制成坯体，最后将坯体放在石墨盒中在真空烧结炉中进行真空液相烧结，烧结完毕后随炉冷却得到稀土元素改性的mo2feb2基金属陶瓷。

本发明一种稀土元素改性mo2feb2基金属陶瓷制备方法，将原料经混料、湿磨、干燥、模压成型、真空液相烧结制备形成，包括以下步骤：

s1、混料

选用纯度不低于99.0％的mo，feb，fe和稀土粉末，稀土粉末为la或y，按重量百分比为：mo：45.0～51.0％,feb：26.0～33.0％,fe：16.0～28.5％，y：0～1.0％，la：0～1.0％。配置粉末，将粉末进行混合；

s2、球磨

在混合后的粉末放入球磨罐中，加入占其质量百分比为40％～160％的无水乙醇作为过程控制剂，球料比是1～11：1，将球磨罐中抽真空后填充氩气进行湿磨，球磨机转速为140～360r/min，球磨时间为3～37小时；

s3、干燥

将球磨后的浆料倒入茄形瓶中进行烘干，烘干温度为30～110℃，茄形瓶的旋转速度为45～165r/min，烘干时间为1～5小时，旋转蒸发仪中的真空度10^-2～10⁰mpa，烘干后的粉末用200目筛网过筛；

s4、模压成型

将干燥后的粉体装入金属模具中进行模压成型，成型压力为90～510mpa，保压时间为50～310s；

s5、烧结

将模压成型后的坯体装在石墨盒中放入真空烧结炉中进行高温烧结，升温速率为2～11℃/min，烧结温度为900℃～1600℃，保温时间为0～50min，烧结过程中真空度为10^-3～10^-1pa，随炉冷却得到稀土改性mo2feb2基金属陶瓷。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种稀土y元素改性mo2feb2基金属陶瓷制备方法，顺序包括混料、湿磨、干燥、模压成型、真空烧结步骤：

(1)混料步骤：选用纯度不低于99.0％的mo，feb，fe粉，按重量百分比为：mo：45.0％，feb：26.0％，fe：28.5％，不添加y粉或la粉。配置粉末，将粉末进行混合；

(2)球磨步骤：在混合后的粉末放入球磨罐中，加入占其质量百分比为40％的无水乙醇作为过程控制剂，球料比是1：1，将球磨罐中抽真空后填充氩气进行湿磨，球磨机转速为140r/min，球磨时间为3小时；

(3)干燥步骤：将球磨后的浆料倒入茄形瓶中进行烘干，烘干温度为30℃，茄形瓶的旋转速度为45r/min，烘干时间为1小时，旋转蒸发仪中的真空度10^-2mpa，烘干后的粉末用200目筛网过筛；

(4)模压成型步骤：将干燥后的粉体装入金属模具中进行模压成型，成型压力为90mpa，保压时间为50s；

(5)烧结步骤：将模压成型后的坯体装在石墨盒中放入真空烧结炉中进行高温烧结，升温速率为2℃/min，烧结温度为900℃，不保温，烧结过程中真空度为10^-3pa，随炉冷却得到mo2feb2基金属陶瓷。

本发明中的mo2feb2基金属陶瓷制备方法简单，成本低廉。得到的金属陶瓷性能为：致密度为98.16％，硬度为87.6hra，三点弯曲强度为1335.8mpa。

实施例2

一种稀土y元素改性mo2feb2基金属陶瓷制备方法，顺序包括混料、湿磨、干燥、模压成型、真空烧结步骤：

(1)混料步骤：选用纯度不低于99.0％的mo，feb，fe粉，y粉，按重量百分比为：mo：46.0％，feb：27.0％，fe：26.3％，y：0.2％。配置粉末，将粉末进行混合；

(2)球磨步骤：在混合后的粉末放入球磨罐中，加入占其质量百分比为70％的无水乙醇作为过程控制剂，球料比是3：1，将球磨罐中抽真空后填充氩气进行湿磨，球磨机转速为200r/min，球磨时间为11小时；

(3)干燥步骤：将球磨后的浆料倒入茄形瓶中进行烘干，烘干温度为50℃，茄形瓶的旋转速度为75r/min，烘干时间为2.0小时，旋转蒸发仪中的真空度10^-1mpa，烘干后的粉末用200目筛网过筛；

(4)模压成型步骤：将干燥后的粉体装入金属模具中进行模压成型，成型压力为195mpa，保压时间为115s；

(5)烧结步骤：将模压成型后的坯体装在石墨盒中放入真空烧结炉中进行高温烧结，升温速率为4℃/min，烧结温度为1050℃，保温时间为10min，烧结过程中真空度为10^-2pa，随炉冷却得到稀土y元素改性mo2feb2基金属陶瓷。

本发明中的mo2feb2基金属陶瓷制备方法简单，成本低廉。得到的金属陶瓷性能为：致密度为98.45％，硬度为88.4hra，三点弯曲强度为1450.3mpa。

实施例3

一种稀土y元素改性mo2feb2基金属陶瓷制备方法，顺序包括混料、湿磨、干燥、模压成型、真空烧结步骤：

(1)混料步骤：选用纯度不低于99.0％的mo，feb，fe粉，y粉，按重量百分比为：mo：47.5％，feb：28％，fe：24.6％，y：0.4％。配置粉末，将粉末进行混合；

(2)球磨步骤：在混合后的粉末放入球磨罐中，加入占其质量百分比为100％的无水乙醇作为过程控制剂，球料比是5：1，将球磨罐中抽真空后填充氩气进行湿磨，球磨机转速为200r/min，球磨时间为19小时；

(3)干燥步骤：将球磨后的浆料倒入茄形瓶中进行烘干，烘干温度为70℃，茄形瓶的旋转速度为105r/min，烘干时间为3.0小时，旋转蒸发仪中的真空度10^-1mpa，烘干后的粉末用200目筛网过筛；

(4)模压成型步骤：将干燥后的粉体装入金属模具中进行模压成型，成型压力为300mpa，保压时间为180s；

(5)烧结步骤：将模压成型后的坯体装在石墨盒中放入真空烧结炉中进行高温烧结，升温速率为6℃/min，烧结温度为1200℃，保温时间为20min，烧结过程中真空度为10-2pa，随炉冷却得到稀土y元素改性mo2feb2基金属陶瓷。

请参阅图1，本发明中的mo2feb2基金属陶瓷制备方法简单，成本低廉。得到的金属陶瓷性能为：致密度为98.91％，硬度为89.1hra，三点弯曲强度为1540.7mpa。

实施例4

一种稀土y元素改性mo2feb2基金属陶瓷制备方法，顺序包括混料、湿磨、干燥、模压成型、真空烧结步骤：

(1)混料步骤：选用纯度不低于99.0％的mo，feb，fe粉，y粉，按重量百分比为：mo：49.0％，feb：30.0％，fe：20.2％，y：0.8％。配置粉末，将粉末进行混合；

(2)球磨步骤：在混合后的粉末放入球磨罐中，加入占其质量百分比为130％的无水乙醇作为过程控制剂，球料比是8：1，将球磨罐中抽真空后填充氩气进行湿磨，球磨机转速为310r/min，球磨时间为27小时；

(3)干燥步骤：将球磨后的浆料倒入茄形瓶中进行烘干，烘干温度为90℃，茄形瓶的旋转速度为135r/min，烘干时间为4.0小时，旋转蒸发仪中的真空度10^-1mpa，烘干后的粉末用200目筛网过筛；

(4)模压成型步骤：将干燥后的粉体装入金属模具中进行模压成型，成型压力为405mpa，保压时间为245s；

(5)烧结步骤：将模压成型后的坯体装在石墨盒中放入真空烧结炉中进行高温烧结，升温速率为8℃/min，烧结温度为1400℃，保温时间为350min，烧结过程中真空度为10-2pa，随炉冷却得到稀土y元素改性mo2feb2基金属陶瓷。

本发明中的mo2feb2基金属陶瓷制备方法简单，成本低廉。得到的金属陶瓷性能为：致密度为98.23％，硬度为88.1hra，三点弯曲强度为1424.3mpa。

实施例5

一种稀土y元素改性mo2feb2基金属陶瓷制备方法，顺序包括混料、湿磨、干燥、模压成型、真空烧结步骤：

(1)混料步骤：选用纯度不低于99.0％的mo，feb，fe粉，y粉，按重量百分比为：mo：51.0％，feb：32.5％，fe：16.0％，y：1.0％。配置粉末，将粉末进行混合；

(2)球磨步骤：在混合后的粉末放入球磨罐中，加入占其质量百分比为160％的无水乙醇作为过程控制剂，球料比是11：1，将球磨罐中抽真空后填充氩气进行湿磨，球磨机转速为360r/min，球磨时间为37小时；

(3)干燥步骤：将球磨后的浆料倒入茄形瓶中进行烘干，烘干温度为110℃，茄形瓶的旋转速度为165r/min，烘干时间为5.0小时，旋转蒸发仪中的真空度100mpa，烘干后的粉末用200目筛网过筛；

(4)模压成型步骤：将干燥后的粉体装入金属模具中进行模压成型，成型压力为510mpa，保压时间为310s；

(5)烧结步骤：将模压成型后的坯体装在石墨盒中放入真空烧结炉中进行高温烧结，升温速率为11℃/min，烧结温度为1600℃，保温时间为50min，烧结过程中真空度为10^-1pa，随炉冷却得到稀土y元素改性mo2feb2基金属陶瓷。

本发明中的mo2feb2基金属陶瓷制备方法简单，成本低廉。得到的金属陶瓷性能为：致密度为97.52％，硬度为87.3hra，三点弯曲强度为1305.6mpa。

实施例6

一种稀土la元素改性mo2feb2基金属陶瓷制备方法，顺序包括混料、湿磨、干燥、模压成型、真空烧结步骤：

(1)混料步骤：选用纯度不低于99.0％的mo，feb，fe粉，la粉，按重量百分比为：mo：47.5％，feb：30％，fe：23.0％，la：0.2％。配置粉末，将粉末进行混合；

(2)球磨步骤：在混合后的粉末放入球磨罐中，加入占其质量百分比为100％的无水乙醇作为过程控制剂，球料比是6：1，将球磨罐中抽真空后填充氩气进行湿磨，球磨机转速为250r/min，球磨时间为20小时；

(3)干燥步骤：将球磨后的浆料倒入茄形瓶中进行烘干，烘干温度为60℃，茄形瓶的旋转速度为100r/min，烘干时间为2.5小时，旋转蒸发仪中的真空度10^-1mpa，烘干后的粉末用200目筛网过筛；

(4)模压成型步骤：将干燥后的粉体装入金属模具中进行模压成型，成型压力为300mpa，保压时间为180s；

(5)烧结步骤：将模压成型后的坯体装在石墨盒中放入真空烧结炉中进行高温烧结，升温速率为6℃/min，烧结温度为1300℃，保温时间为40min，烧结过程中真空度为10^-2pa，随炉冷却得到稀土la元素改性mo2feb2基金属陶瓷。

本实施例中的mo2feb2基金属陶瓷制备方法简单，成本低廉。得到的金属陶瓷性能为：致密度为98.48％，硬度为88.3hra，三点弯曲强度为1423.6mpa。

实施例7

一种稀土la元素改性mo2feb2基金属陶瓷制备方法，顺序包括混料、湿磨、干燥、模压成型、真空烧结步骤：

(1)混料步骤：选用纯度不低于99.0％的mo，feb，fe粉，la粉，按重量百分比为：mo：46.5％，feb：28.5％，fe：21.5％，la：0.4％。配置粉末，将粉末进行混合；

(2)球磨步骤：在混合后的粉末放入球磨罐中，加入占其质量百分比为100％的无水乙醇作为过程控制剂，球料比是4：1，将球磨罐中抽真空后填充氩气进行湿磨，球磨机转速为200r/min，球磨时间为12小时；

(3)干燥步骤：将球磨后的浆料倒入茄形瓶中进行烘干，烘干温度为50℃，茄形瓶的旋转速度为80r/min，烘干时间为1小时，旋转蒸发仪中的真空度10^-1mpa，烘干后的粉末用200目筛网过筛；

(4)模压成型步骤：将干燥后的粉体装入金属模具中进行模压成型，成型压力为200mpa，保压时间为120s；

(5)烧结步骤：将模压成型后的坯体装在石墨盒中放入真空烧结炉中进行高温烧结，升温速率为4℃/min，烧结温度为1150℃，保温时间为20min，烧结过程中真空度为10^-2pa，随炉冷却得到稀土la元素改性mo2feb2基金属陶瓷。

请参阅图2，本实施例中的mo2feb2基金属陶瓷制备方法简单，成本低廉。得到的金属陶瓷性能为：致密度为98.89％，硬度为89.0hra，三点弯曲强度为1510.5mpa。

实施例8

一种稀土la元素改性mo2feb2基金属陶瓷制备方法，顺序包括混料、湿磨、干燥、模压成型、真空烧结步骤：

(1)混料步骤：选用纯度不低于99.0％的mo，feb，fe粉，la粉，按重量百分比为：mo：48.5％，feb：32％，fe：24.0％，la：0.6％。配置粉末，将粉末进行混合；

(2)球磨步骤：在混合后的粉末放入球磨罐中，加入占其质量百分比为100％的无水乙醇作为过程控制剂，球料比是8：1，将球磨罐中抽真空后填充氩气进行湿磨，球磨机转速为300r/min，球磨时间为28小时；

(3)干燥步骤：将球磨后的浆料倒入茄形瓶中进行烘干，烘干温度为80℃，茄形瓶的旋转速度为140r/min，烘干时间为3小时，旋转蒸发仪中的真空度10^-1mpa，烘干后的粉末用200目筛网过筛；

(4)模压成型步骤：将干燥后的粉体装入金属模具中进行模压成型，成型压力为400mpa，保压时间为240s；

(5)烧结步骤：将模压成型后的坯体装在石墨盒中放入真空烧结炉中进行高温烧结，升温速率为8℃/min，烧结温度为1450℃，保温时间为50min，烧结过程中真空度为10^-2pa，随炉冷却得到稀土la元素改性mo2feb2基金属陶瓷。

本实施例中的mo2feb2基金属陶瓷制备方法简单，成本低廉。得到的金属陶瓷性能为：致密度为98.22％，硬度为88.6hra，三点弯曲强度为1456.2mpa。

实施例9

一种稀土la元素改性mo2feb2基金属陶瓷制备方法，顺序包括混料、湿磨、干燥、模压成型、真空烧结步骤：

(1)混料步骤：选用纯度不低于99.0％的mo，feb，fe粉，la粉，按重量百分比为：mo：51.0％，feb：33.0％，fe：25.0％，la：1.0％。配置粉末，将粉末进行混合；

(2)球磨步骤：在混合后的粉末放入球磨罐中，加入占其质量百分比为150％的无水乙醇作为过程控制剂，球料比是10：1，将球磨罐中抽真空后填充氩气进行湿磨，球磨机转速为360r/min，球磨时间为37小时；

(3)干燥步骤：将球磨后的浆料倒入茄形瓶中进行烘干，烘干温度为110℃，茄形瓶的旋转速度为165r/min，烘干时间为5小时，旋转蒸发仪中的真空度10^-0mpa，烘干后的粉末用200目筛网过筛；

(4)模压成型步骤：将干燥后的粉体装入金属模具中进行模压成型，成型压力为510mpa，保压时间为310s；

(5)烧结步骤：将模压成型后的坯体装在石墨盒中放入真空烧结炉中进行高温烧结，升温速率为11℃/min，烧结温度为1600℃，保温时间为50min，烧结过程中真空度为10^-1pa，随炉冷却得到稀土la元素改性mo2feb2基金属陶瓷。

本实施例中的mo2feb2基金属陶瓷制备方法简单，成本低廉。得到的金属陶瓷性能为：致密度为97.42％，硬度为88.0hra，三点弯曲强度为1312.3mpa。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。