基金屬陶瓷涂層的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于模具鋼表面的Mo2FeB2基金屬陶瓷涂層的制備方法：先按原料組成及其質(zhì)量百分比含量配料：Fe粉12.00～16.00％，F(xiàn)eB粉30.00～35.00％，Mo粉40.00～45.00％，B粉0.50～2.00％，Cr粉2.00～3.00％，Ni粉2.00～3.00％，Mn粉2.00～3.00％，C粉0.20～0.50％；再于氬氣保護下干磨，隨后過濾；再將混合后的粉末噴涂到模具鋼表面；最后于1200℃真空燒結(jié)爐中燒結(jié)。本發(fā)明顯著提高了金屬陶瓷涂層的硬度、彈性模量以及耐磨性。
【專利說明】—種用于模具鋼表面的Mo2FeB2基金屬陶瓷涂層的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種以成分為特征的陶瓷組合物，特別涉及一種涂覆到模具鋼表面的Mo2FeB2基金屬陶瓷涂層的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]鋼鐵工業(yè)是我國國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)，而模具被稱為是工業(yè)發(fā)展的“基石”。隨著科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展和模具工作環(huán)境的惡化，單純的金屬材料已經(jīng)不能滿足模具行業(yè)的要求。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，模具的失效大多是從表層的疲勞磨損開始的，而大多數(shù)模具的表面材料被磨損后即失效報廢，造成了極大的材料浪費和經(jīng)濟損失。因此，提高模具的使用壽命的一個重要方法就是在其工作部位和易損壞的部位制備高性能的涂層，增強模具工作區(qū)域抗熱沖擊、耐磨損等性能，使1旲具壽命大幅度提聞，從而提聞經(jīng)濟效益。
[0003]Mo2FeB2基金屬陶瓷既保持了陶瓷的高強度、高硬度、耐磨損、耐高溫、抗氧化和化學(xué)穩(wěn)定性等特性，又具有較好的金屬韌性和可塑性，而且還可以與鋼基體可以產(chǎn)生良好的冶金結(jié)合，成為模具涂層材料的合適選擇。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的，是為進一步提高現(xiàn)有金屬模具的使用壽命，提供一種涂覆到模具鋼表面的Mo2FeB2基金屬陶瓷涂層的制備方法。通過在原料中添加適量單質(zhì)B粉末，有效降低Mo2FeB2基金屬陶瓷的液相燒結(jié)起始溫度，從而降低噴涂后燒結(jié)過程中由于燒結(jié)溫度過高引起的對模具鋼基體性能的破壞，更好地保護模具鋼基體。
[0005]本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。
[0006]一種用于模具鋼表面的Mo2FeB2基金屬陶瓷涂層的制備方法，步驟如下:
[0007](I)按原料組成及其質(zhì)量百分比含量:Fe粉12.00?16.00 %，F(xiàn)eB粉30.00?35.00%,Mo 粉 40.00 ?45.00%,Bfjv 0.50 ?2.00%，Cr 粉 2.00 ?3.00%,Ni 粉 2.00 ?3.00%，Mn 粉 2.00 ?3.00%，C 粉 0.20 ?0.50% ；
[0008](2)使用球磨機對步驟(I)的原料進行粉碎與混合，氬氣保護下干磨，隨后過濾；
[0009](3)采用等離子噴涂工藝，將步驟(2)球磨以及混合后的粉末噴涂到模具鋼表面；
[0010](4)將步驟(3)具有Mo2FeB2基金屬陶瓷涂層的模具鋼于真空燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)制度為:升溫至600°C后放入試樣，經(jīng)過600°C X30min+800°C X30min+1000°C X90min+1100°C X30min+1200°C X60min的燒結(jié)后隨爐冷卻至室溫；真空度控制在I?10_2Mpa。
[0011]所述步驟(I)的原料純度均彡99.00% ；
[0012]所述步驟⑵采用120目篩進行過濾；
[0013]所述步驟⑵的行星式球磨機采用直徑為Φ5ι?πι或Φ 1mm的不銹鋼磨球,大球與小球的質(zhì)量比為2:1,球料比是5:1,球磨轉(zhuǎn)速為300r/min,球磨時間為4h ；
[0014]所述步驟(3)的模具鋼為H13模具鋼。
[0015]本發(fā)明的有益效果如下:
[0016](I)所用FeB粉、Fe粉、Mo粉、B粉等原料都比較易得，可以有效的降低生產(chǎn)成本。
[0017](2)通過有效添加單質(zhì)B粉，降低了金屬陶瓷的液相燒結(jié)的起始溫度，提高了液相的擴散驅(qū)動力，有利于Mo2FeB2基體中所含固相的溶解和重排，改善了金屬陶瓷涂層的致密性和均勻性，顯著提高了金屬陶瓷涂層的硬度、彈性模量以及耐磨性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的燒結(jié)工藝曲線圖；
[0019]圖2是對比實施例與實施例2的Mo2FeB2基金屬陶瓷涂層的表面維氏硬度的比較圖；
[0020]圖3是對比實施例與實施例2的Mo2FeB2基金屬陶瓷涂層的損耗和磨損系數(shù)比較圖；
[0021]圖4是對比實施例與實施例2的Mo2FeB2基金屬陶瓷涂層的彈性模量比較圖。

【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0023]本發(fā)明采用的純Fe粉、FeB粉、Mo粉、B粉以及Cr粉、Ni粉、Mn粉和C粉均為市售的化學(xué)純粉末試劑，配料后先于QM-3SP2型行星式球磨機中球磨4h，采用氬氣保護下干磨，過篩；然后將球磨好的粉末噴涂到H13模具鋼表面，再將具有Mo2FeB2基金屬陶瓷涂層的H13模具鋼于GSL1300型的真空燒結(jié)爐中進行燒結(jié)。
[0024]本發(fā)明的原理是通過添加適量B粉，能夠降低Mo2FeB2基金屬陶瓷液相燒結(jié)過程中的液相燒結(jié)溫度，從而提高液相的擴散驅(qū)動力，有利于液相中所含固相的溶解和重排，進而有助于燒結(jié)體中組織的均勻化和致密化。通過添加B粉，金屬陶瓷的彈性模量、硬度及耐磨性都有了顯著的提高或者改善。Cr粉、Ni粉、Mn粉和C粉的添加是為了更好地適應(yīng)等離子噴涂工藝的需要。
[0025]對比實施例
[0026]以Fe 粉 12.00%, FeB 粉 35.00%, Mo 粉 44.30%, Cr 粉 2.80%, Ni 粉 2.90%, Mn粉2.50%，C粉0.50%進行配料，但不添加B粉。將上述原料先于QM-3SP2型行星式球磨機中充分球磨4h，采用氬氣保護下干磨，過篩；然后將球磨好的粉末噴涂到H13模具鋼表面；再將具有Mo2FeB2基金屬陶瓷涂層的H13模具鋼于GSL1300型的真空燒結(jié)爐中進行燒結(jié)。燒結(jié)制度是升溫至600°C后放入試樣，經(jīng)過600°C X30min+800°C X30min+1000°C X90min+IlOO0C X30min+1200°C X60min的燒結(jié)后隨爐冷卻至室溫，燒結(jié)工藝參考圖1。
[0027]實施例1
[0028]以Fe 粉 16.00 %，F(xiàn)eB 粉 30.00 %, Mo 粉 45.00 % 進行配料，B 粉 0.66 %，Cr 粉2.50%, Ni粉3.00%，Mn粉2.34%，C粉0.50%。將上述原料先于QM-3SP2型行星式球磨機中充分球磨4h，采用氬氣保護下干磨，過篩；然后將球磨好的粉末噴涂到H13模具鋼表面；再將具有Mo2FeB2基金屬陶瓷涂層的H13模具鋼于GSL1300型的真空燒結(jié)爐中進行燒結(jié)。燒結(jié)制度是升溫至600°C后放入試樣，經(jīng)過600°C X30min+800°C X30min+1000°C X90min+1 100C X30min+1200°C X60min的燒結(jié)后隨爐冷卻至室溫，燒結(jié)工藝參考圖1。
[0029]實施例2
[0030]以Fe 粉 15.18 %，F(xiàn)eB 粉 34.00 %, Mo 粉 40.00 % 進行配料，B 粉 1.32 %，Cr 粉
3.00%, Ni粉3.00%，Mn粉3.00%，C粉0.50%。將上述原料先于QM-3SP2型行星式球磨機中充分球磨4h，采用氬氣保護下干磨，過篩；然后將球磨好的粉末噴涂到H13模具鋼表面；再將具有Mo2FeB2基金屬陶瓷涂層的H13模具鋼于GSL1300型的真空燒結(jié)爐中進行燒結(jié)。燒結(jié)制度是升溫至600°C后放入試樣，經(jīng)過600°C X30min+800°C X30min+1000°C X90min+1 100C X30min+1200°C X60min的燒結(jié)后隨爐冷卻至室溫，燒結(jié)工藝參考圖1。
[0031]以上實施例均采用機械球磨方式使金屬粉末充分混合，最后進行等離子噴涂等一系列技術(shù)路線，同時在Mo2FeB2基金屬陶瓷的燒結(jié)工藝的設(shè)計中，延長了 1000°C這個溫度段的保溫時間，以此來確保固相反應(yīng)完全。
[0032]對比實施例與實施例2獲得的高性能Mo2FeB2基金屬陶瓷涂層經(jīng)過物理、力學(xué)表征后其主要參數(shù)詳見圖2、圖3、圖4。其中，P-1表示對比實施例，P-2表示實施例2。
[0033]本發(fā)明采用MH — 6型顯微硬度計來測定顯微硬度，加載載荷為10gf，加載停留時間為5s ;采用M — 2000型摩擦磨損試驗機來測定試樣的耐磨性，摩擦輪的材質(zhì)為GCrl2，磨輪的直徑約為43mm，轉(zhuǎn)速為400r/min，加載載荷為10kg，測量時間為120min ;采用型號為432SVD的自動旋轉(zhuǎn)塔數(shù)顯維氏硬度計對試樣的彈性模量進行研究，測試時所用的納米壓頭為克努普氏壓頭，載荷為30kg，最大載荷加載時間15s。
[0034]圖2是對比實施例與實施例2的Mo2FeB2基金屬陶瓷涂層的表面維氏硬度的比較圖，由圖2可以看到，在原料中沒有添加B粉的Mo2FeB2基金屬陶瓷涂層的對比實施例表面維氏硬度為940HV，添加B粉的Mo2FeB2基金屬陶瓷涂層的實施例2表面維氏硬度為1120HV。
[0035]圖3是對比實施例與實施例2的Mo2FeB2基金屬陶瓷涂層的損耗和磨損系數(shù)比較圖，由圖3可以看到，對比實施例的損耗為1.28 μ m，磨損系數(shù)為0.55 ;實施例2的損耗為0.52，磨損系數(shù)為0.45。
[0036]圖4是對比實施例與實施例2的Mo2FeB2基金屬陶瓷涂層的彈性模量比較圖，由圖4可以看到，對比實施例的彈性模量為260GPa，實施例2的彈性模量為330GPa。
[0037]通過上述比較，充分證明了本發(fā)明了添加B粉后的Mo2FeB2基金屬陶瓷涂層的綜合性能較為優(yōu)異。
【權(quán)利要求】
1.一種用于模具鋼表面的Mo2FeB2基金屬陶瓷涂層的制備方法，步驟如下: (1)按原料組成及其質(zhì)量百分比含量配料=Fe粉12.00?16.00 %，F(xiàn)eB粉30.00?35.00%,Mo 粉 40.00 ?45.00%，B 粉 0.50 ?2.00%，Cr 粉 2.00 ?3.00%,Ni 粉 2.00 ?3.00%, Mn 粉 2.00 ?3.00%, C 粉 0.20 ?0.50% ； (2)使用球磨機對步驟(I)的原料進行粉碎與混合，氬氣保護下干磨，隨后過濾； (3)采用等離子噴涂工藝，將步驟(2)球磨以及混合后的粉末噴涂到模具鋼表面； (4)將步驟(3)具有Mo2FeB2基金屬陶瓷涂層的模具鋼于真空燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)制度為:升溫至 600°C后放入試樣，經(jīng)過 600°C X30min+800°C X 30min+1000°C X90min+1100°CX30min+1200X60min的燒結(jié)后隨爐冷卻至室溫；真空度控制在I?10_2Mpa。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于模具鋼表面的此#印2基金屬陶瓷涂層的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)的原料純度均彡99.00%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于模具鋼表面的此#印2基金屬陶瓷涂層的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)采用120目篩進行過濾。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于模具鋼表面的此#印2基金屬陶瓷涂層的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)的行星式球磨機采用直徑為Φ5_或Φ 1mm的不銹鋼磨球,大球與小球的質(zhì)量比為2: 1，球料比是5: 1，球磨轉(zhuǎn)速為300r/min，球磨時間為4h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于模具鋼表面的此#印2基金屬陶瓷涂層的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)的模具鋼為H13模具鋼。
【文檔編號】C23C4/12GK104264092SQ201410448680
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】余黎明, 何明琳 申請人:天津大學(xué)