一种wc增强mo2feb2金属陶瓷的制备及应用研究

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1、武汉科技大学硕士学位论文第1章文献综述1.1课题研究背景科技与工业发展的日新月异，大大增加了机械设备的使用率，各种机械零部件的工作环境越来越苛刻，很多处在高耐磨、腐蚀性强、高温等环境下，对材料性能的要求越来越高，传统材料的性能已经达不到现代工业的要求。磨损导致工件频繁的替换维修、缩短设备的使用寿命、浪费大量的资源，是机械设备主要的失效方式。据统计，磨损每一年给中国带来的损失高达四百亿元，腐蚀与磨损对美国经济的影响更大，造成每年国民总收入百分之四的损失，约九百六十亿美元，磨损带给德国每年高于一百亿欧元的亏损[1]，数字十分惊人。现阶段钢

2、铁仍然是最重要且占主导地位的材料，中国是世界上消耗钢材最多的国家，全球3%的钢材在中国消耗。钢材的强韧性较好，但硬度较低，因此耐磨性较差，不能在较高温度下使用。另一种应用较多的材料为陶瓷材料，其最大的优点是具有很高的硬度、耐高温，但其脆性大、断裂韧性差，因此在应用上受到限制。金属陶瓷综合了金属材料和陶瓷材料的某些优势，比如金属的强韧性，陶瓷的高硬度、优异的耐热、耐磨性等，是一类用途极其广泛的工模具材料和结构材料，获得学者们的关注，成为材料研究者研究的重点之一。金属陶瓷是指金属相和陶瓷相构成的复合材料，是由一种金属与多种硬质相材料非均匀

3、组合的材料，其中硬质相体积比例约为百分之十五到百分之八十五，并且在烧结温度下，金属与陶瓷相之间具有很小的溶解度[2]。硬质合金是由高熔点金属化合物同强韧性金属烧结而成的硬质材料，其特点是强度、硬度高，耐磨性优良，还能承受高温和腐蚀环境，在500℃的温度下也基本无变化，在1000℃高温时硬度依然很高，普遍应用于刀具材料，切削铸铁、石墨、玻璃、耐热钢、不锈钢、工具钢这类不易加工的材料。材料学中“金属陶瓷”与“硬质合金”两者之间的分界不是很明确，普通的硬质合金都可以统称为金属陶瓷材料。金属陶瓷中的硬质相一般选用熔点较高的氧化物、碳化物、氮化

4、物、硼化物等，粘结相常用韧性较好的金属，有铁、钴、镍、钛、钼等，根据金属陶瓷中存在的主要硬质相的类型，归纳为三大类：氧化物基金属陶瓷、碳化物基金属陶瓷、硼化物基金属陶瓷。目前，国内外制备金属陶瓷的烧结方式主要有真空烧结、气氛烧结、热等静压烧结、电弧等离子烧结、微波烧结等[2]。1980年初，日本ToYohan1万方数据武汉科技大学硕士学位论文公司利用原位反应制备出了三元硼化物，成功烧结研制出了Mo2FeB2、Mo2NiB2、WCoB三种三元硼化物基金属陶瓷。由于其制备工艺简单、成本低（不依赖钨、钴等战略物资）、与钢基冶金结合良好并具有

5、优异的耐磨损和耐腐蚀等性能，近年来成为硬质材料的研究热点。对使用河砂原料的制砖机模具，目前提高表面耐磨性方法，一种是采用TD处理，TD处理虽然表面硬度可达HV2500以上，但硬化层厚度仅0.10～0.15mm，一旦磨损后失去效果，TD处理成本很高。另外一种是在模具衬板两侧镶嵌厚度为3～4mm硬质合金板，硬质合金硬度达HRA88～90（相当于HRC70～76），压制河沙砖胚的使用寿命可达80～100万次。但WC-Co系硬质合金成本太高，一副模具新增成本10万元以上。故考虑应用成本较低的Mo2FeB2硬质合金材料代替W-Co系硬质合金镶嵌

6、在制砖模具上使用。1.2金属陶瓷研究现状1.2.1氧化物基金属陶瓷氧化物基金属陶瓷性能优异，常作为高温材料、耐火材料使用，研究较多的有氧化锆、氧化物铝、氧化铍等。ZrO2基金属陶瓷的耐热性好，并具有良好气敏半导体功能，隔热效果好，常用来制作耐火材料，是一种很好的火箭喷嘴材料。Al2O3基金属陶瓷的综合性能优良，具有很高的硬度，特别是具有很好的高温稳定性，在耐火、耐高温材料方面应用广泛，例如导弹尾部的保护装置、火焰防护杆、高温坩埚、高温炉管等。W作为氧化铍基金属陶瓷的粘结相使其具有很好的抗热震性，许多坩埚制品都是由氧化铍陶瓷制成[3]。

7、1.2.2碳化物基金属陶瓷20世纪初，材料科研者已经制备出了碳化物基金属陶瓷，是最早开发出的一类硬质材料，其中研究较多的是WC基金属陶瓷。WC熔点高，具有较好的化学稳定性，其与金属Co形成的WC-Co系列硬质合金是现在仍能保证材料性能较优越的一类金属陶瓷[4-5]。沈阳航空航天大学的钦兰云等人[6]在钛合金表面制得了一层WC颗粒增强钛基复合涂层，并在常温下进行耐磨试验。结果表明：WC颗粒和生成的TiC颗粒的弥散强化作用提高了基体材料的硬度和耐磨性能，在同等的试验条件下，基体的磨损失重是复合涂层的5.2倍。大连理工大学的周霞、王越等人[

8、7]用WC硬质颗粒同CuMnNiCr铜基钎料制备出了一种新型钢用耐磨覆层，并在一2万方数据武汉科技大学硕士学位论文般的铸钢表面应用，磨损试验表明：覆层具有优异的耐磨性能，甚至高于30MnSiTi低合金钢。西安交通大学的研