[发明专利]一种高硬度的铁基材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高硬度的铁基材料及其制备方法，属于金属材料技术领域。其中铁基材料，以重量分数计，其金属原料用量分布如下：Fe：43份‑45份，Cr：28份‑29份，Mo：19份‑21份，C：2.9份‑3.1份，B：2.9份‑3.1份，Nb：0.9份‑2.1份。通过合金化的手段，有效提升了Fe‑Cr‑Mo‑C‑B系非晶合金的硬度和可加工性。具体来说，为了提升Fe基合金的可加工性和硬度，在Fe‑Cr‑Mo‑C‑B合金的成分基础上，我们通过合金化的手段，在Fe基合金中引入碳化物相，利用常规的熔铸工艺，在低冷速条件下就可获得高硬度的块体材料。

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，尤其涉及一种高硬度的铁基材料及其制备方法。

背景技术

Fe基非晶合金具有优异的力学性能、耐磨性能以及耐腐蚀性能等诸多性能，具有十分显著的优势，具有良好的商业价值与应用前景。目前已经开发出了一系列Fe-Cr-Mo-C-B系块状非晶合金。然而，相比于其他系的非晶合金，Fe基非晶合金的玻璃形成能力较弱，导致其尺寸较小，大多为较薄的丝带状或者薄片状，这就大大限制了Fe非晶合金的应用，因此如何提高Fe基非晶合金的加工性能、制备大尺寸的Fe基非晶态合金成为关键。

目前，主要通过提升Fe基非晶态合金的形成能力，增加制备过程中，然而，由于Fe基非晶合金本身的玻璃形成能力较弱，通常冷却速度要大于106K/s才能获得块体非晶材料，这对工艺提出了极为严苛的要求。

例如，现有技术，申请号：CN202010267565.1，公开号：CN111304558A，公开了一种纳米多孔包覆的Fe基非晶合金及其制备方法和应用，其技术方案如下：

“一种纳米多孔包覆的Fe基非晶合金，制备方法包括如下步骤：

1)Fe基非晶合金的制备：将单质Fe和其他金属单质或中间合金备料放入水冷铜坩埚内，置于真空非自耗电弧炉内，电弧炉采用钨电极，熔炼室的压力抽至3×10^-3Pa以下，然后充入0.05MPa的氩气作为保护气体，在电磁搅拌作用下进行熔炼，制成母合金锭；破碎后放入底部磨有小孔的石英管内，装入甩带设备腔体中，甩带腔体内的压力控制在2×10^-3Pa以下，先对母合金锭碎块进行感应熔炼，当温度达到1100℃～1400℃后，用氩气将石英管内的合金熔体喷至高速旋转的铜辊表面，形成连续的Fe基非晶合金；

2)Fe基非晶合金经酸处理后得到纳米多孔包覆的Fe基非晶合金。

优选地，上述的一种纳米多孔包覆的Fe基非晶合金，步骤1)中，所述的其他金属单质或中间合金备料为Si、B、P、C、Mo、Nb、Cu、Ni、Co中两种以上单质或中间合金备料；所述的Fe基非晶合金中Fe元素的原子百分比在65～85％。

优选地，上述的一种纳米多孔包覆的Fe基非晶合金，步骤1)中，所述的单质Fe或Fe中间合金备料，是按照Fe基非晶合金中各元素的原子百分比，选用纯度大于99.5wt.％的单质Fe或Fe中间合金备料。

优选地，上述的一种纳米多孔包覆的Fe基非晶合金，还包括如下步骤，步骤1)结束后，将Fe基非晶合金条带粉碎后的粉末与轴承钢球放入球磨罐中，将球磨罐的压力抽至2×10^-3Pa以下，并充入适量高纯氩气作为保护，球磨时间为10h～40h，制得Fe基非晶合金粉末。

优选地，上述的一种纳米多孔包覆的Fe基非晶合金，具体为将Fe基非晶合金条带粉碎后与轴承钢球按一定质量比1:8～1:20放入球磨罐中，将球磨罐的压力抽至2×10^-3Pa以下，并充入适量高纯氩气作为保护，球磨机的转速在200～400rpm，球磨过程中为避免温度过高造成非晶合金晶化，球磨机设置为每运转10min后休息10min，球磨总时间为10h～40h，制得Fe基非晶合金粉末。

优选地，上述的一种纳米多孔包覆的Fe基非晶合金，所述的Fe基非晶合金粉末粒径为5-30微米。