三元硼化物基金属陶瓷的研究进展

　3国家自然科学基金(50674057);湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室2省部共建国家重点实验室培育基地开放基金(G 0505)资助项目　承新:男,1983年生,硕士研究生,主要从事金属陶瓷复合材料的研究　Tel :025*********　E 2mail :chengxinzhouzhou @ 郑勇:通讯作者,男,1968年生,博士,教授,博士生导师　E 2mail :yzheng_only @

三元硼化物基金属陶瓷的研究进展3

承　新,郑　勇,于海军,卜海建,严永林,赵能伟

(南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京210016)

摘要 总结了三元硼化物基金属陶瓷近几年的研究成果,主要论述了Mo 2NiB 2和Mo 2FeB 2基金属陶瓷的显微组织、合金元素的影响、制备技术以及性能的研究现状,总结了三元硼化物基金属陶瓷在刀具材料、模具材料以及覆

层材料等领域的应用情况,并对今后的研究方向进行了展望。

关键词 三元硼化物　金属陶瓷　研究进展

R esearch Progress in the T ernary Boride B ase Cermets

C H EN G Xin ,ZH EN G Y ong ,YU Haijun ,BU Haijian ,YAN Y onglin ,ZHAO Nengwei

(College of Materials Science and Technology ,Nanjing University of Aeronautics and

Astronautics ,Nanjing 210016)

Abstract The research progress in the ternary boride base cermets within a few years is summarized.The mi 2

crostructure ,affection of metal addition ,preparation techniques and performance of Mo 2NiB 2and Mo 2FeB 2base cermets are primarily introduced.Then ,the application of ternary boride base cermets in the cutting tool ,mould and cladding are summarized.In addition ,the research trend of ternary boride base cermets is prospected.

K ey w ords ternary boride ,cermet ,research progress

0　引言

由于二元硼化物的共价键较强,在烧结过程中,硼化物晶粒容易团聚,并与金属反应生成金属间化合物,从而降低金属液相对硼化物晶粒的润湿性,导致二元硼化物基金属陶瓷的机械性能较差[1,2]。采用活化烧结法,使二元硼化物与金属反应生成三元硼化物,能获得硼化物晶粒细小并分布均匀的三元硼化物基金属陶瓷,其具有良好的耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性,以及较高的硬度和导电率,在耐磨、耐腐蚀等领域有着广阔的应用前景[3]

。因而,近年来国内外对三元硼化物基金属陶瓷的研究越来越多。目前,国外已经研究了多个体系的三元硼化物基金属陶瓷,包括Mo 2NiB 2、Mo 2FeB 2以及WCoB 基金属陶瓷等[3,4]。研究较多的有Mo 2NiB 2及Mo 2FeB 2基金属陶瓷,通过研究其成分、显微组织、烧结机理和性能的关系,使材料综合机械性能不断得到改善,其抗弯强度达到2000MPa 以上,硬度达到89HRA [3]。其中,Mo 2NiB 2基金属陶瓷具有高耐腐蚀性,

Mo 2FeB 2基金属陶瓷具有高耐磨性

[3]

。国内学者主要是在国

外研究的基础上,利用Mo 2FeB 2基金属陶瓷与钢良好的结合性能,在钢基体上制备Mo 2FeB 2基金属陶瓷覆层

[4～6]

。但是,对

基体的成分、制备技术等方面的研究还比较少,与国外的差距较

大,所制备出的材料强韧性较低,需要在这些方面进行系统研究,以提高其综合性能。为此,本文对Mo 2NiB 2及Mo 2FeB 2基金属陶瓷的研究成果进行了总结和评述。

1　Mo 2NiB 2基金属陶瓷

1.1　显微组织

Mo 2NiB 2基金属陶瓷以Mo 2NiB 2为硬质相,Ni 基合金为

粘结相。Mo 2NiB 2的晶体结构为斜方晶系M 3B 2型,添加Cr 、V 元素后,Cr 、V 能够置换Mo 2NiB 2中的部分Ni ,形成固溶体,并使斜方晶系Mo 2NiB 2转变为正方晶系[3]。

Ken 2ichi Takagi 等研究了700～1200℃之间Mo 2NiB 2基金属陶瓷的组织形貌变化。Mo 2NiB 2基金属陶瓷在800℃以下,晶粒变化比较小。随着温度的升高,通过固相扩散作用,颗粒颈部增长,并开始形成Mo 2NiB 2颗粒。在1000℃左右,开始形成液相,获得初步致密化,而含Cr 和V 的Mo 2NiB 2基金属陶瓷在1100℃才发生此类变化。到1200℃左右,烧结样品中仅残存少量气孔,接近完全致密化,含Cr 和V 的Mo 2NiB 2基金属陶瓷此时尚处于液相烧结过程中[7]。

1.2　合金元素的影响

Ken 2ichi Takagi 在Ni 26.0B 258.6Mo (mass %)金属陶瓷中

分别添加少量Cr 、V 、Fe 、Co 、Ti 、Mn 、Zr 、Nb 、W 合金元素,研究了不同合金元素的添加对Mo 2NiB 2基金属陶瓷结构和性能的影响[8]。添加Cr 、V 元素后,Mo 2NiB 2晶体结构由斜方晶系转变为正方晶系,正方晶系与斜方晶系相比,结构的各向异性较小,晶粒形状由尖角多面体转变为近球状体,而且Mo 2NiB 2晶粒的分布更加均匀,从而提高了Mo 2NiB 2基金属陶瓷的抗弯强

・25・材料导报 2007年7月第21卷第7期