[发明专利]一种钼镍硼三元硼化物基硬质合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钼镍硼三元硼化物基硬质合金的制备方法，主要应用于耐磨耐腐蚀领域。

背景技术

高硬、耐磨材料在制备切割刀具、钻头、采矿机械、耐磨模具等领域具有广阔的应用前景。这些材料不仅需要高耐磨性，而且还要具有高强度、高硬度、高韧性、耐热、抗腐蚀等一系列优良性能。碳化物、氮化物、氧化物、硼化物都可以作为硬质相来制备硬质合金，然而，其中研究最多应用也最为广泛的是以WC，TiC等碳化物作为硬质相，以Co，Fe，Ni等金属及合金作为粘结相的硬质合金。然而，作为原料的W、Co等均属于短缺资源，这些元素的大量使用不符合当前资源保护的趋势。

过渡金属的硼化物具有高硬度、高熔点以及优良的导电性和耐腐蚀性，是耐磨材料的有力候选者，目前已有许多关于硼化物基硬质材料的研究报道。但是由于硼化物基硬质材料存在着难烧结以及烧结过程中硬质相与金属粘结相容易形成脆性第三相的问题，在短时间内还难以实现规模化生产。

三元硼化物基硬质合金也具有良好的耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性能，以及较高的硬度、强度和韧性，是一种新型的耐磨耐腐蚀材料。从Mo-Ni-B三元相图中可以发现，三元硼化物Mo₂NiB₂可以与金属基体Mo或Ni稳定共存。近年来，日本的东洋钢钣(Toyo Kohan)株式会社的研究人员提出了一种“反应硼化烧结”的方法，即以二元硼化物(如MoB、FeB、NiB、VB等)和金属为原料制备新型三元硼化物基硬质合金，并对三元硼化物的形成和性能进行了探索，与普通硬质合金的生产工艺不同，在该方法中作为硬质相的三元硼化物是在烧结过程中形成的。目前，利用“反应硼化烧结”的方法已经成功制备出Mo₂FeB₂-Fe，Mo₂NiB₂-Ni，WCoB-Co等三元硼化物基硬质合金。它们的突出优势各不相同，Mo₂FeB₂基硬质合金具有突出的耐磨性，Mo₂NiB₂基硬质合金具有出色的耐腐蚀性，WCoB基硬质合金具有良好的耐高温性能。在日本，这些材料作为耐磨耐热耐蚀部件已成功应用在注射成型机、铜的热挤压模、海水泵轴承等领域。

在我国，有关三元硼化物的研究主要集中在将其作为硬质涂层覆盖在钢基体方面，材料也仅仅局限于Mo₂FeB₂，而三元硼化物基硬质合金的研究很少有文献报道，在应用推广方面尚需开发和拓展。三元硼化物基硬质合金在我国之所以没有引起足够的重视，主要因为我国钨矿资源相对丰富、WC基硬质合金的研究和应用相对成熟，另外，制备三元硼化物所需的二元硼化物价格昂贵也是一个重要原因。然而，WC是重要的战略物资，而且随着钨矿资源的开采殆尽，寻求新型的不含钨的硬质耐磨材料迫在眉睫。Mo₂NiB₂三元硼化物基硬质合金就是非常合适的替代材料，它不仅具有高强度、高硬度、高韧性，而且具有非常出色的耐腐蚀性，但是要想进一步开发推广其应用的范围，还需要在不降低其各方面性能的前提下，降低其制备成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的钼镍硼三元硼化物基硬质合金的制备工艺路线，以降低Mo₂NiB₂三元硼化物的制备成本，以在一定程度上取代WC硬质合金，从而保护战略资源。

本发明采用以下技术方案来解决上述技术问题：

一种钼镍硼三元硼化物基硬质合金的制备方法，包括以下步骤：以Mo粉、Ni粉和B粉为原料，依次经球磨混合、干燥、成型和烧结步骤制得以Mo₂NiB₂三元硼化物为硬质相，以Ni基合金为粘结相的硬质合金。

较佳地，所述Mo粉的纯度＞95％，过200目筛；所述Ni粉的纯度＞95％，过325目筛；所述B粉的纯度＞95％，过325目筛。

较佳地，所述原料中，按照Mo₂NiB₂中各元素的摩尔化学计量比，以B为基准计，Mo过量2～22％，Ni过量54～154％进行配比；即Mo∶Ni∶B的摩尔比为(1.02～1.22)∶(0.77～1.27)∶1。

较佳地，所述球磨混合过程中，以无水乙醇或丙酮为分散介质，以不锈钢球或Si₃N₄球为球磨介质，球料重量比为(2～4)∶1，球磨混料时间为8～16小时。