[发明专利]以镍铁合金为原料的三元硼化物复合金属陶瓷及其制备方法、应用

说明书

本发明涉及以镍铁合金为原料的三元硼化物复合金属陶瓷及其制备方法、应用，由以下质量份的原料经电弧熔炼制成：镍铁合金100份，金属鉬36‑60份，铝包芯管12‑15份，钢包芯管3‑5份。本发明以镍铁合金为主要原料，采用电弧熔炼工艺生产Mo₂NiB₂、Mo₂FeB₂复合三元硼化物金属陶瓷，与目前广泛采用的真空反应烧结工艺相比，生产效率高、生产成本低。

技术领域

本发明属于复合金属陶瓷制备领域，具体涉及以镍铁合金为原料制备三元硼化物复合金属陶瓷。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料，其具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度。硬质合金被广泛应用于油气钻井、地质勘探、矿山开采、轧辊、模具材料、切削工具、耐磨零件等领域。常用的硬质合金多由W、Co等贵重合金元素制备，如常用了YG牌号硬质合金为钨钴类、YT牌号为钨钴钛类，其中W、Ti的碳化物为强化耐磨相，Co为粘结相。W、Co属于国家战略物质，因此，硬质合金的推广应用受到极大限制。

目前，新能源汽车对以钴锂化合物为正极材料的锂电需求剧增，使Co资源更加紧缺。Co资源的稀缺及电池等行业对Co需求的不断增加，致使Co的价格越来越高，进而导致硬质合金成本上升，应用更加受限。寻找Co粘结相的替代物受到业界关注，人们研究了与Co同族元素Ni替代Co粘结相的可能性，Ni与WC硬质相的润湿性能和耐腐蚀性能好、且资源丰富，与Co具有相近的密度、熔点、原子半径以及物理和化学性能。有人研究了FeAl、Fe₃Al和Ni₃Al等金属间化合物，发现其对WC的润湿角小于20°，且具有成本低、抗腐蚀能力强等特点，成为潜在的Co粘结相替代物。有学者研究了AlCoCrFeNi、CoCrFeNiTiAl等高熵合金，发现高熵合金是一种潜在的优异硬质合金Co粘结相的替代物。还有人研究设计制备了基于石墨烯改性的表面贫钴梯度硬质合金刀具、基于陶瓷粘结相的无钴梯度硬质合金刀具、基于石墨烯强韧化的陶瓷粘结相硬质合金刀具，进一步拓展了硬质合金刀具的应用领域。

磨损和腐蚀是引起材料失效的重要机制，材料的磨损和腐蚀不但降低了生产效率，而且对生产质量和产品性能都产生重要影响，若不引起重视，甚至会威胁人身安全，造成更大的经济损失。因此，耐磨耐腐蚀材料的研究亦越来越受到人们的重视。

三元硼化物具有良好的耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性，以及较高的硬度和导电率，在耐磨、耐腐蚀等领域有着广阔的应用前景，成为一种很有发展前途的传统硬质合金的替代材料，这不仅能节约W、Co等资源，而且能降低成本。因而，近年来国内外对三元硼化物基金属陶瓷的研究越来越多。目前，国内外研究了多个体系的三元硼化物基金属陶瓷，包括Mo₂NiB₂、Mo₂FeB₂以及WCoB基金属陶瓷等。Mo₂NiB₂及Mo₂FeB₂基金属陶瓷研究较多，Mo₂NiB₂基金属陶瓷具有高耐腐蚀性，Mo₂FeB₂基金属陶瓷具有高耐磨性。

发明人发现：目前三元硼化物金属陶瓷多采用反应真空烧结工艺制备，产品的形状和尺寸都受到限制，生产效率较低、成本高。

发明内容