[00810394]三元硼化物硬质合金覆层零件的制备技术

技术简介：该技术以显著提高机械设备零部件或工程材料的耐磨性为目的，采用真空液相烧结工艺在钢基体表面制备三元硼化物硬质合金覆层。该技术将廉价的普通钢材(如Q235、Q345、45#钢等)进行覆层处理，大幅度提高零部件的耐磨性和耐腐蚀性，从而显著提高零部件的使用可靠性、使用寿命和主机运行效率，替代各种用于磨损和腐蚀工况的昂贵的高级耐磨材料(包括硬质合金)，经济效益显著。该技术是利用国产的各种金属、合金粉末原料，加入料浆添加剂制备成料浆，喷涂到钢基零部件表面，然后采用真空液相烧结工艺，在钢基体表面制备三元硼化物硬质合金覆层。在高温(约1200℃)液相烧结过程中，利用原料粉末之间的原位化学反应形成三元硼化物陶瓷硬质相；覆层中所形成的共晶液相，一方面与钢基体润湿，并在冷却后使覆层与钢基体之间产生牢固的冶金结合，另一方面通过毛细管力作用使得覆层材料充分致密化，冷却后形成均匀、致密、平滑、坚硬、耐磨损、耐腐蚀的表面硬质覆层。利用覆层材料中的三元硼化物陶瓷硬质相大幅度提高零部件表面的耐磨性(覆层硬度≥HRA86)；通过调整覆层材料中鉄基粘结相的组成，可以使零部件在保持高耐磨性的同时，大幅度提高耐腐蚀性；覆层比重小(≈8.25g/cm<'3>，YG系硬质合金一般≥13g/cm<'3>)，对覆层零件的增重小；覆层的热膨胀系数与钢基体很相近，制成零部件后形成的热应力小；覆层材料的可加工性能好，还可以进行热处理；并且覆层材料制备的工艺过程比较简单；对基体材料外形结构的适应性强；覆层厚度易于控制；原料易购，成本较低。该技术通过了省级鉴定，结论为国内外首创，国际领先。该技术已申请国家发明专利，公开号为：1502714。覆层材料的主要性能指标：覆层硬度：HRA≥80；覆层的耐磨性：Q235钢的2～10倍；覆层的耐腐蚀性：与YG8硬质合金相近；覆层钢/基体的结合强度：相当于或优于不锈钢，≥600MPa(三点弯曲法)，≥300MPa(拉伸断裂法)。项目可行性论证及产业化发展前景：20世纪末期，日本和美国的材料学家经过研究发现，采用液相烧结法可以制备以三元硼化物(Mo2FeB2)为陶瓷硬质相、铁基合金为粘结相的新型硬质合金材料，其三元硼化物硬质陶瓷相是在烧结过程中通过原料粉末组分间的原位化学反应形成。三元硼化物硬质合金的硬度高、抗弯强度高、断裂韧性高、耐磨性高、抗蚀性好，综合性能优异，特别是其组成、密度和热膨胀系数与钢相近，而且与钢基体润湿性好，可以实现与钢基体的良好匹配结合。该技术采用液相烧结工艺制备基体高强高韧、表层高硬耐磨抗蚀的三元硼化物硬质合金覆层钢基零件，并进行实际应用的开发。该技术以含有Mo、Fe、B、Cr、Ni组分的金属和合金粉末为原料，加入有机溶剂和粘结剂制备成料浆，将料浆涂覆于钢基零件易磨损部位的表面，置于真空烧结炉中进行液相烧结。通过原料粉末组分间高温下的原位化学反应形成三元硼化物陶瓷硬质相；通过高温下形成的铁基共晶液相使覆层进行烧结致密化，并使覆层与钢基体之间产生牢固的冶金结合。