[发明专利]一种钼钴硼三元硼化物基金属陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明一种钼钴硼三元硼化物基金属陶瓷材料及其制备方法，工艺为：以单质的钼粉、钴粉和硼粉为原料，经过球磨混合、干燥、成形和烧结制得了三元硼化物基金属陶瓷，主相为正交结构的MoCoB型双硼化物，其中含有的硬质相为两种相似稳定存在的MoCoB相，结相为Co或CoB化合物及其二者固溶物。本发明在配比中增加硼含量（原子比B/Mo>1.1），降低了三元体系液相出现的温度，降低烧结温度，简化制备工艺降低成本，低温的烧结能够获得更优异的物相结构，避免晶粒的取向生长。其洛氏硬度不低于83.5HRA。可以作为切削工具，模具材料，结构件或者耐磨件材料，提高了金属的韧性，硬度以及耐磨性，抗氧化能力强，化学性质稳定。

技术领域

本发明涉及一种钼钴硼三元硼化物基金属陶瓷材料及其制备方法，主要应用切削工具，模具材料，结构件或者耐磨件材料领域。

背景技术

硬质合金被誉为工业上的“牙齿”。由于硬质合金具有一系列的优良性能，使得它在现代工具材料，耐磨材料，耐腐蚀和耐高温材料等方面都占据这重要地位。传统的硬质合金材料是WC-Co，但是钨资源的大量消耗不利于硬质合金行业的发展，因此寻求无钨合金是现在硬质合金一个重要的研究方向。过渡金属碳化物、氮化物、硼化物具有较高的强度、硬度、耐磨性和热稳定性成为硬直合金的主要研究对象。

碳化物氮化物材料，有TiC、TiN、Ti(C,N)。TiC基金属陶瓷、TiN基金属陶瓷和Ti(C,N)基金属陶瓷具有较低的韧性而难以媲美传统的WC基硬质合金。二元硼化物例如TiB₂，由于其较低自扩散系数使其烧结性差，且在烧结过程中易于与粘结金属反应生成脆性第三相，而难以烧结致密。

三元硼化物同样具有二元硼化物的高硬度、耐磨性和化学稳定性，日本株式会社的研究人员以二元硼化物(MoB、FeB、WB等)和金属Ni、Fe、Co等为原料，通过“反应硼化烧结”法制备出了Mo₂NiB₂-Ni、Mo₂FeB₂-Fe和WCoB-Co三元硼化物基金属陶瓷。这种材料硬质相与金属相的相溶性良好，界面结合强度较高，所以此类金属陶瓷具有优异的综合力学性能，其良好的耐腐蚀性和韧性也尤为突出。

“反应硼化物烧结”法制备三元硼化物采用二元硼化物与金属为原料，二元硼化物价格昂贵，造成成本的增加，而单质粉作为原料，成本大大降低。由于MoCoB为正交结构，对称性差，导致高温度和长时间的保温都容易引起晶粒的取向生长；高温下也面临物质挥发严重，气孔率增加；现有技术材料中的粘结相为Mo、Co化物，而本发明粘结相成分为Co或者CoB化合物以及其共溶物，有更好的韧性，以及相结合强度。

发明内容

本发明目的在于提供成本更加低廉，工艺更加简单的三元硼化物MoCoB型双硼化物金属陶瓷的制备方法。该方案制备的金属陶瓷材料硬度高，红硬性和韧性好。

本发明的技术方案如下：一种MoCoB型三元硼化物基金属陶瓷材料的制备方法。包括以下工艺步骤：以单质钼粉末，单质钴粉末，单质硼粉末为原料，按照一定粉末配比，经过粉末混合过程，干燥过程，压制过程和烧结后得到MoCoB型双硼化物为主要相的三元硼化物金属陶瓷材料。

所述的的粉末性质为，钼粉的纯度>99%，颗粒直径（0.01~10μm）；钴粉的纯度>99%，颗粒直径（0.01~10μm）；硼粉的纯度>99%，颗粒直径（0.01~10μm）。

所述的粉末配比，设粉末配比原子数为MoxCoyBz。x，y和z为相应粉末的原子数。则要求1.40≥z/x≥1.12，2.2≥y/x≥1。