[发明专利]一种碳化物增强Mo2NiB2金属陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属陶瓷材料及粉末冶金技术领域，涉及一种复相陶瓷材料，具体涉及一种碳化物增强Mo₂NiB₂金属陶瓷及其制备方法。

背景技术

金属陶瓷是现代工业中的一类重要陶瓷材料，金属陶瓷的发展对航天、航空、汽车及能源等工业领域的发展起着举足轻重的作用。目前在涡轮发动机、喷气发动机和热交换器等产品中广泛采用的高温结构材料是镍基超合金，但目前镍基超合金的服役温度(～1100℃)已达到了其熔点的85％，即镍基超合金已经难以满足进一步提高系统工作温度的要求。同时，随着航天航空和先进能源工业的快速发展，对高温结构材料的高温力学性能和抗氧化性能提出了更高、更苛刻的要求，因此各国科学家加快了对可承受更高工作温度环境的下一代高温结构材料的研究进度，目前的研究结果表明，Mo-Ni-B金属陶瓷是有潜力取代镍基超合金、成为下一代高温结构材料的最佳候选材料之一。

作为高温结构材料使用的金属陶瓷取得工业广泛应用的前提条件是该合金具有良好的室温韧性(保证可加工性能)、高的高温强度、抗氧化性能和耐腐蚀性能(延长产品的使用寿命)。以Mo₂NiB₂硬质相为代表的一类硼化物金属陶瓷具有优良的耐磨耐腐蚀性、耐高温性以及较高的硬度和导电率，在耐磨、耐腐蚀、抗高温氧化等领域有着广阔的应用前景。

目前，采用原位反应生成碳化物增强Mo₂NiB₂金属陶瓷材料的研究尚无报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳化物增强Mo₂NiB₂金属陶瓷及其制备方法，该方法工艺简单，制得的碳化物增强Mo₂NiB₂金属陶瓷具有良好的力学性能。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种碳化物增强Mo₂NiB₂金属陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

1)以Mo粉、B粉、Ni粉和石墨粉为原料，按照质量比为Ni:B:Mo:C＝(21～45):6:(44～63):(5～10)进行配料，然后将Mo粉和石墨粉装入球磨罐中，充入惰性气体后进行机械合金化，然后加入B粉和Ni粉，混合均匀，得到混合粉体；

2)将混合粉体放入模具中模压成型，得到坯体，将坯体放入真空烧结炉中进行无压烧结，烧结温度为1200℃～1400℃，然后随炉冷却，得到碳化物增强Mo₂NiB₂金属陶瓷。

所述的Mo粉、B粉、Ni粉和石墨粉的纯度大于等于99.9％。

所述的Mo粉与石墨粉的粒度≤20μm，B粉与Ni粉的粒度≤50μm。

所述步骤1)中机械合金化的时间为24.5～25.5h。

所述步骤1)中混合均匀的时间为5～10h。

所述步骤2)中模压成型的成型压力为150～300MPa。

所述步骤2)中在进行无压烧结时，以5～10℃/min的升温速度从室温升至烧结温度，在达到烧结温度后不进行保温，直接随炉冷却。

所述步骤2)中无压烧结时的真空度≤10^-2Pa。

制得的碳化物增强Mo₂NiB₂金属陶瓷，其为复相金属陶瓷，包括基相和增强相，且增强相在基相中弥散分布，其中基相为Mo₂NiB₂，增强相为通过原位反应生成的Mo₂C。

其致密度为97.1～98.88％，三点弯曲强度为1660～1800MPa，断裂韧性为26.6～28.9MPa·m^1/2，硬度为85.1～88HRA，800～1000℃抗氧化性能为完全抗氧化。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：