[发明专利]一种高抗磨定向Fe2

说明书

本发明公开了一种高抗磨定向Fe₂B致密块体及其制备方法，以纯铁块和硼铁颗粒为原料，Fe：B按质量比91.2:8.8进行配料；将配好的混合原料置入坩埚中；将坩埚置于真空感应熔炼炉内进行真空感应熔炼；熔炼完成后，将金属熔体浇入水玻璃砂型腔内，随炉冷却至室温后获得定向Fe₂B块体。本发明制备的高抗磨定向Fe₂B块体兼具较好的纯度和致密性，且Fe₂B晶粒呈现沿凝固方向定向排列的均匀柱状晶形态特征，可充分发挥其横截面的高硬度优势，表现在优异的抗磨性能。

技术领域

本发明属于抗磨材料技术领域，具体涉及一种高抗磨定向Fe₂B致密块体及其制备方法。

背景技术

金属硼化物通常是由过渡金属与硼元素组成的金属间化合物，具有较高的硬度和高温稳定性，广泛应用于耐磨涂层及复合材料增强相等领域。Fe₂B金属间化合物是一种常见的硼化物,其通常作为Fe-B耐磨合金的硬质相和钢铁材料表面渗硼层被熟知，具有较高的耐磨性和耐高温锌液腐蚀性能。因此，Fe₂B块体可用作抗磨和抗腐蚀工况下的关键部件材料。

通过粉末冶金和合金熔炼的技术方法，均可获得抗磨性能良好的Fe₂B块体。然而，之前方法制备的Fe₂B块体中晶粒的取向呈现随机性，不同取向Fe₂B晶粒的抗磨效果差异较大，导致整体的耐磨性并不理想。此外，此前报道方法制备工艺复杂，且成本相对较高。研究表明，Fe₂B晶体具有沿[002]取向择优生长的特征，且其(002)晶面的硬度和断裂韧性均优于其垂直晶面，可在磨损过程中表现出最优的抗磨能力。因此，制备定向Fe₂B块体，选择定向Fe₂B块体中高抗磨的(002)晶面作为对磨工作表面，对于新型耐磨材料的开发利用具有重要的应用价值。然而，目前关于高抗磨定向Fe₂B块体制备的详细方法尚没有专利报道。

发明内容

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，提供一种高抗磨定向Fe₂B致密块体及其制备方法，工艺简单、低成本、生产效率高。

本发明采用以下技术方案：

一种高抗磨定向Fe₂B致密块体制备方法，包括以下步骤：

S1、以纯铁块和硼铁颗粒为原料，Fe：B按质量比91.2:8.8进行配料；

S2、将配好的混合原料置入坩埚中；

S3、将坩埚置于真空感应熔炼炉内进行真空感应熔炼；

S4、步骤S3熔炼完成后，将金属熔体浇入水玻璃砂型腔内，随炉冷却至室温后获得定向Fe₂B块体。

具体的，步骤S1中，纯铁中Fe的含量高于99.8％；硼铁中B含量为10％～25％，剩余杂质元素含量低于1.2％。

具体的，步骤S2中，纯铁放置在刚玉坩埚的中心位置处，四周填充硼铁颗粒。

具体的，步骤S3熔炼前，将刚玉坩埚在真空环境下烘烤8小时以上。

具体的，步骤S3中，熔炼参数为：升温速度为20～50℃/min，熔炼温度为1600℃，保温时间大于15min。

进一步的，升温加热前，连通循环水并对炉腔抽真空至气压低于10^-2Pa。

具体的，步骤S4中，水玻璃砂型的底部设置有水冷铜块，当金属熔体的温度降至1370～1430℃时，将金属熔体浇入水玻璃砂型中。