[发明专利]一种Mo2FeB2基钢结硬质合金的制备方法

说明书

 

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。

技术背景

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。Mo₂FeB₂概念最先由日本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Mo₂FeB₂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：

(1) 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10~20wt%、10~20wt%、60~80wt%，普通球磨机混合均匀，采用真空烧结，烧结温度在1200~1400℃，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10~48 h，经真空干燥60℃保温4~8 h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100g粉20~30ml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1100~1200℃，保温时间0~30 min。