基金属陶瓷及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种以镍基合金作为粘结相的此2附82基金属陶瓷材料，以及该种材 料的制备方法，属于金属陶瓷材料技术领域。
【背景技术】
[0002] 工业领域使用的刀具、模具和其他耐磨耐腐蚀性加工设备常采用传统的硬质合金 制造，硬质合金中的硬质相多为碳化钨或碳化钨与碳化钛、氮化钛、碳氮化钛、碳化钒和碳 化钽中一种或几种组成的复合材料。但是，硬质合金的制造主要依赖于金属钨，而金属钨作 为紧缺的战略储备资源，其开发和应用在现阶段和未来都会处于被限制状态，致使硬质合 金的产量受到限制，无法适应工业领域日益增长的设备需求。
[0003] 除硬质合金外，研究者发现以镍基合金作粘结相的M〇2NiB2基金属陶瓷材料同样 具有耐磨、耐腐蚀性特点，因此这种材料被越来越多地开发出来，用于替代硬质合金。如中 国专利文献CN102191393A公开了一种钥镍硼三元硼化物基硬质合金的制备方法，包括以 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M〇2NiB2三元硼化 物为硬质相，以镍基合金为粘结相的硬质合金。其工艺成本低、步骤简单。
[0004] 上述技术能够得到M〇2NiB2基金属陶瓷，但是，由于原料粉末经过球磨后粒度变 得非常细小，非常容易氧化，即使在操作过程中非常注意采取防止氧化措施，上述技术的 1 〇2附82基金属陶瓷中仍会有大量氧化物夹杂，导致金属陶瓷强度低、韧性差，材料内部缺陷 多，使得金属陶瓷材料的使用性能降低。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是现有技术的M〇2NiB2基金属陶瓷材料内夹杂有大量 氧化物，使得材料内部缺陷多，材料强度低、韧性差；进而提出一种氧化物夹杂少、材料强度 高的镍基合金作粘结相的M〇2NiB2基金属陶瓷。
[0006] 本发明所要解决的另一技术问题是现有技术中通过热等静压制备M〇2NiB2基金属 陶瓷时，金属陶瓷坯料收缩量大，收缩不均匀，容易扭曲变形的问题；进而提出一种坯料收 缩均匀、规则，不易扭曲变形的通过热等静压工艺制备镍基合金作粘结相的M〇2NiB2基金属 陶瓷的方法。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种镍基合金作粘结相的此2附82基金属陶 瓷，由如下原料制备得到：
[0008] MoB粉、NiB粉、Mo粉、B粉和Ni粉中的多种按照3. 5-7重量份的B元素、31. 5-65 重量份的Mo元素和28-65重量份的Ni元素进行的配料；
[0009] 葡萄糖；
[0010] 粘结剂；
[0011] 分散介质。
[0012] 所述葡萄糖为1-2重量份。
[0013] 所述粘结剂为0. 3-1重量份的聚甲基丙烯酸甲酯和0. 2-1重量份的聚乙烯醇缩丁 醛；所述分散介质为15-25重量份的无水乙醇。
[0014] 所述Mo2NiB2基金属陶瓷的制备方法，包括如下步骤，
[0015] (1)将MoB粉、NiB粉、Mo粉、B粉和Ni粉中的多种按照3. 5-7重量份的B元素、 31. 5-65重量份的Mo元素和28-65重量份的Ni元素配料后，再与葡萄糖、粘结剂和分散介 质混合均匀，得到浆料；
[0016] ⑵将浆料喷雾干燥造粒；
[0017] (3)将喷雾干燥得到的粉末在氢气气氛中于900-1KKTC处理；
[0018] (4)将氢气处理过的粉末装入包套中进行热等静压处理，处理温度为 1100-1300°C，处理压力为 100_200MPa;
[0019] (5)取出包套内的坯料加工即可。
[0020] 所述MoB的合成方法为：将Mo粉和B粉按照摩尔比（1-1. 1) :1混合后磨料，再在 自蔓延合成器内于氦气气氛中进行自蔓延高温合成，合成压力为〇.l-5MPa。
[0021] 所述NiB的合成方法为：将Ni粉和B粉按照摩尔比（1-1.2) :1混合后磨料，再在 自蔓延合成器内于氦气气氛中进行自蔓延高温合成，合成压力为〇.l-5MPa。
[0022] 喷雾干燥条件为喷雾压力0· 6-1. 5MPa，干燥塔进风温度180-220°C。
[0023] 步骤（4)中，装入所述包套中的粉末粒度不大于100目。
[0024] 所述浆料的固含量为45-60vol%。
[0025] 步骤（4)中，将氢气处理过的粉末装入所述包套后，在400-600°C下对所述包套进 行脱气，直至所述包套内的真空度达到1X10 2Pa后，将所述包套封焊进行热等静压处理。
[0026] 所述自蔓延合成器为现有技术中进行自蔓延高温合成的常用设备，其包括炉壳、 炉壳冷却系统和炉内点火电极；使用时，电极通电，连接在电极上的电阻发热，引燃炉壳内 反应物进行自蔓延高温合成。
[0027] 所述自蔓延高温合成是利用反应物反应所产生的高热量进行自加热和自传导作 用，从而继续进行合成直至反应完全的技术。
[0028] 本发明中自蔓延高温合成MoB与NiB粉，合成10公斤MoB或NiB，从粉料入炉到粉 料出炉大约需要1小时的时间，耗电量在2KWh以内。
[0029] 所述浆料喷雾干燥造粉工艺使用的设备主要包括喷雾干燥塔、与喷雾干燥塔配套 的供风系统、供料系统、收料系统和溶剂回收系统，浆料进入喷雾干燥塔内，由供风系统进 风，热风喷吹浆料，使浆料的溶剂挥发形成粉料。所述喷雾压力为喷雾干燥塔运行的内部压 力，所述干燥塔进风温度为由供风系统的进风温度。
[0030] 本发明与现有技术方案相比具有以下有益效果：
[0031] (1)本发明镍基合金作粘结相的M〇2NiB2基金属陶瓷，由如下原料制备得到：MoB 粉、NiB粉、Mo粉、B粉和Ni粉中的多种按照3. 5-7重量份的B元素、31. 5-65重量份的Mo 元素和28-65重量份的Ni元素进行的配料；葡萄糖；粘结剂；分散介质。制备过程中，葡 萄糖热分解产生的高活性碳能够有效对粉末中的金属氧化物进行还原，从而能够降低所得 M〇2NiB2基金属陶瓷中金属氧化物的夹杂量，使得金属陶瓷的内部缺陷少、强度高、韧性好。
[0032] (2)本发明镍基合金作粘结相的M〇2NiB2基金属陶瓷，所述葡萄糖为1-2重量份。 所述粘结剂为0. 3-1重量份的聚甲基丙烯酸甲酯和0. 2-1重量份的聚乙烯醇缩丁醛；所述 分散介质为15-25重量份的无水乙醇。上述组成能够进一步降低金属陶瓷材料的氧化物含 量，进一步提高金属陶瓷的强度和韧性。
[0033] (3)本发明所述镍基合金作粘结相的M〇2NiB2基金属陶瓷的制备方法，包括将MoB 粉、NiB粉、Mo粉、B粉和Ni粉中的多种按照3. 5-7重量份的B元素、31. 5-65重量份的Mo 元素和28-65重量份的Ni元素配料，再与葡萄糖、粘结剂和分散介质混合均匀成浆料，浆料 喷雾干燥造粉，将喷雾干燥得到的粉末在氢气气氛中于900-1100°C处理，再将氢气处理过 的粉末装入包套中进行热等静压处理，处理温度为1100-1300°C，处理压力为100_200MPa， 在氢气处理和热等静压处理过程中，葡萄糖热分解产生的高活性碳能够有效对粉末中的金 属氧化物进行还原；而且，通过喷雾干燥工艺对原料粉末造粒，大幅度提高了原料粉末的流 动性和振实密度，其振实密度可达到45-52%，从而能够使得热等静压后坯料的收缩规则， 不易扭曲变形。
[0034] (4)本发明所述镍基合金作粘结相的M〇2NiB2基金属陶瓷的制备方法，MoB和NiB 均采用自蔓延高温合成，使得MoB粉末和NiB粉末的纯度高，从而提高了M〇2NiB2基金属陶 瓷的力学性能和耐腐蚀性，此外自蔓延合成的效率高、成本低，有助于M〇2NiB2基金属陶瓷 的低成本生产。
【附图说明】
[0035] 图1为实施例8得到的M〇2NiB2基金属陶瓷的SEM照片；
[0036] 图2为对比例1得到的M〇2NiB2基金属陶瓷的SEM照片；
[0037] 图3为实施例8得到的包套包覆的M〇2NiB2基金属陶瓷图片；
[0038] 图4为对比例3得到的包套包覆的M〇2NiB2基金属陶瓷图片。
【具体实施方式】
[0039] 实施例1
[0040] (1)将 1945gMoB粉、955gNiB粉、1404gMo粉和 1995gNi粉配料，再与 100g的葡萄 糖、30g的聚甲基丙烯酸甲酯、20g的聚乙烯醇缩丁醛和1500g的无水乙醇混合，球磨10h得 到固含量45vol%的浆料；
[0041] 其中，MoB的合成方法为：将Mo粉和B粉按照摩尔比1 :1混合后球磨2h，再在自 蔓延合成器内于氩气气氛中合成，合成压力为〇.IMPa;所述NiB的合成方法为：将Ni粉和 B粉按照摩尔比1 :1混合后球磨2h，再在自蔓延合成器内于氩气气氛中进行合成，合成压力 为 0·IMPa;
[0042] (2)浆料采用压力式喷雾干燥造粒机造粉，条件为喷雾压