專利名稱：一種鐵、碳、鉬、硼、二氧化鋯金屬陶瓷材料及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬陶瓷材料領(lǐng)域，特別是涉及一種含鐵、碳、鉬、硼、氧化鋯的金屬陶瓷材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
二氧化鋯陶瓷有高的硬度和耐磨性，但是韌性較差，受沖擊時(shí)易于破碎。采用增韌技術(shù)的二氧化鋯，韌性得到了提高，但相對(duì)于金屬材料，其韌性指標(biāo)還相差甚遠(yuǎn)。美國(guó)專利20030167969公開了一種多元氧化物陶瓷與金屬組合的金屬陶瓷，既能有金屬組分的良好韌性，又能有陶瓷材料的高硬度和高耐磨性。但多元氧化物各自對(duì)燒結(jié)溫度要求不同，給燒結(jié)工藝帶來困難。中國(guó)專利92114875.5公開了一種自蔓延燒結(jié)的金屬陶瓷，但采用自蔓延燒結(jié)的工藝技術(shù)有待于改進(jìn)提高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服二氧化鋯陶瓷沖擊韌度低的缺點(diǎn)，鐵與鉬合金的硬度和耐磨性不夠高的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種沖擊韌度強(qiáng)、硬度高和耐磨性好的鐵、碳、鉬、硼、氧化鋯的金屬陶瓷材料及其制備方法。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是將鐵、碳、鉬、硼合金所具有的特性與二氧化鋯陶瓷的特性相結(jié)合，兩者相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，可以獲得沖擊韌度較高、硬度較高、耐磨性較好的金屬陶瓷。通過熱處理改變固溶體的溶解度，提高合金物相的硬度和耐磨性。采用鐵、碳、鉬、硼、二氧化鋯的粉末原料，按一定比例進(jìn)行混合，通過對(duì)粉料的球磨、壓坯和燒結(jié)成形，然后將燒結(jié)體進(jìn)行熱處理。具體制備工藝如下(1)配料與混合將工業(yè)純的鐵、碳、鉬、硼、二氧化鋯粉末原料按一定比例混合，原料粉末的具體配比范圍如下(重量百分比)ZrO220～82％Fe 9～40％Mo 9～40％C 0.3～1％Al 0.2～3％B 0.4～10％配方中以ZrO235～50％；Fe 15～35％；Mo 13～33％；C0.4～0.8％；Al 0.3～1.8％；B3～7％范圍時(shí)的力學(xué)性能最佳。
上述配方中的鋁、硼為助燒劑并具有擬制晶粒長(zhǎng)大等方面的作用；鉬的加入可以明顯改善材料沖擊韌度；鐵可以與添加的其它元素形成固溶體和合金化合物，有利于強(qiáng)度和沖擊韌度指標(biāo)的提高；二氧化鋯能夠提高材料的硬度和耐磨性。
(2)制粉將混合后的粉料放入球磨機(jī)的磨罐中進(jìn)行球磨。球磨時(shí)間依原始粉末的粒度不同而不同，一般在0.5～5小時(shí)。粉料的粒度小于0.5μm后即可使用。
(3)壓坯將磨好的粉料加入5％的動(dòng)物骨膠作為臨時(shí)成型劑，通過模壓制成壓坯。
(4)燒結(jié)成形在無氧條件下把壓坯加熱到1500～2000℃范圍進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)的保溫時(shí)間與壓坯尺寸的大小有關(guān)，一般保溫為0.5～5小時(shí)。燒結(jié)后隨爐降溫冷卻。
(5)燒后熱處理燒結(jié)成形后需要對(duì)燒結(jié)體進(jìn)行熱處理改善力學(xué)性能。在無氧條件下將燒結(jié)體加熱到800～1000℃，保溫2～3小時(shí)，然后將燒結(jié)體放入冷卻液中快速冷卻，冷至室溫即可。
本發(fā)明利用鐵、碳、鉬、硼元素在燒結(jié)中的相互反應(yīng)，形成鐵、碳、鉬、硼的化合物和固溶體。可以獲得高于一般金屬材料的硬度，而脆性遠(yuǎn)低于陶瓷材料。利用金屬固溶體的相變特點(diǎn)，可以通過熱處理改善力學(xué)性能。將鐵、碳、鉬、硼的化合物與陶瓷組合，經(jīng)過合理的熱處理，可以獲得沖擊韌度高、硬度高和耐磨性好的金屬陶瓷。本發(fā)明的突出效果是鐵、鉬、碳、硼、二氧化鋯金屬陶瓷的硬度和耐磨性高于鐵、鉬系合金，沖擊韌度高于二氧化鋯陶瓷。通過熱處理后，其中金屬相中固溶體的硬度和耐磨性得到了提高。二氧化鋯相的分布較為均勻，使材料具有高的抗磨損能力，鐵和鉬金屬相的存在改善了材料的韌性。
本發(fā)明的金屬陶瓷主要用于腐蝕條件下的耐磨和抗沖擊構(gòu)件，例如腐蝕環(huán)境下泥漿泵的殼體和葉輪、化工設(shè)備中高壓管路的彎頭、海洋機(jī)械的耐磨構(gòu)件等。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1一種鐵、碳、鉬、硼、氧化鋯的金屬陶瓷材料及其制備方法如下對(duì)工業(yè)純的鐵、鉬、碳、硼、二氧化鋯粉末原料進(jìn)行配比和混合，具體配比如下(重量百分比)ZrO270％Fe 13％Mo 11％C 0.4％Al 0.6％
B5％利用擺式球磨機(jī)對(duì)上述粉料進(jìn)行球磨。粉料粒徑小于0.5μm后，加入5％的動(dòng)物骨膠作為臨時(shí)成型劑，通過模壓成為壓坯。將壓坯放入燒結(jié)爐中加熱到1950℃，保溫0.5小時(shí)，隨爐冷至室溫后出爐。再將燒結(jié)體加熱到900℃，保溫2.5小時(shí)，然后在冷卻液中進(jìn)行快速冷卻。冷卻到室溫后即可。
實(shí)施例2粉末原料同實(shí)施例1，進(jìn)行配比和混合，具體配比如下(重量百分比)ZrO220％Fe 40％Mo 30％C 0.5％Al 0.5％B 9％其余過程與實(shí)施例1相同，不同之處在于燒結(jié)溫度為1550℃，保溫4小時(shí)。
實(shí)施例3粉末原料同上例實(shí)施例1，進(jìn)行配比和混合，具體配比如下(重量百分比)ZrO250％Fe 24％Mo 20％C 0.7％Al 0.3％B 5％其余過程與實(shí)施例1相同，不同之處在于燒結(jié)溫度為1650℃，保溫2小時(shí)。
權(quán)利要求
1.一種含鐵、鉬、碳、硼、二氧化鋯的金屬陶瓷材料及其制備工藝，其特征為該金屬陶瓷的配比為(重量百分比)ZrO220～82％；Fe 9～40％；Mo 9～40％；C 0.3～1％；Al 0.2～3％；B 0.4～10％。其制備工藝如下(1)配料與混合采用工業(yè)純的鐵、鉬、碳、硼、二氧化鋯粉末原料，按配比進(jìn)行混合；(2)制粉利用球磨機(jī)對(duì)配制好的粉料進(jìn)行球磨，球磨0.5～5小時(shí)，球磨后的粉料粒度＜0.5μm；(3)壓坯利用模具冷壓成型；(4)燒結(jié)成形燒結(jié)溫度為1500～2000℃，保溫時(shí)間0.5～5小時(shí)；(5)燒后熱處理加熱到800～1000℃，保溫2～3小時(shí)，保溫后快速冷卻。
2.如權(quán)利要求1所述，含鐵、鉬、碳、硼、二氧化鋯的金屬陶瓷材料，其特征在于該金屬陶瓷材料的最佳配比范圍ZrO235～50％；Fe 15～35％；Mo 13～33％；C 0.4～0.8％；Al 0.3～1.8％；B 3～7％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鐵、鉬、碳、硼、二氧化鋯系的金屬陶瓷材料及其制備方法，屬于金屬復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。其中，配比為(重量百分比)ZrO
文檔編號(hào)C04B35/622GK1736946SQ20051004436
公開日2006年2月22日 申請(qǐng)日期2005年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月2日
發(fā)明者常春 申請(qǐng)人:山東大學(xué)