三元硼化物合金螺杆材料及其生产工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种三元硼化物合金螺杆材料及其生产工艺，其的元素含量百分比为：B 2.8～7％，Mo 25～60％；Cr 2～15％，C 0.2～1.5％，V 0.5～7％，Nb 1～4％，W 0.5～10％，Ce 0.1～1％，Mn 1～10％，Ta 0.1～2％，Ni余量。本发明专利技术制备的三元硼化物合金螺杆材料拥有高熔点、高硬度、高耐磨和耐腐蚀性，综合性能好，能足够满足注射成型领域的螺杆生产需要，使用寿命长，减少日常维护次数，降低生产成本；而且适用范围广，除了可以用于射成型领域螺杆的制作外，还可以作为耐高温材料、耐腐蚀材料、耐磨材料和超硬材料应用于其它领域有耐磨耐腐蚀需求的零部件，应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】
三元硼化物合金螺杆材料及其生产工艺
本专利技术属于合金螺杆材料
，具体涉及一种三元硼化物合金螺杆材料及其生产工艺。
技术介绍
随着高新技术的不断发展,对材料性能的要求愈来愈高。既要求材料在高温下具有强度高和良好的韧性和导热性,又要求材料在高温下拥有优异的抗氧化性和抗耐磨性。三元硼化物合金材料具有高熔点、高硬度、高耐磨性和高抗腐蚀性能，其密度是传统硬质合金的3/5，是种极具发展前景的硬质材料，三元硼化物(Mo2NiB2)合金材料以三元合金Mo2NiB2为硬质相，和以Ni作为金属粘结相烧结而成，具有硬度高、断裂韧性高、耐磨性高、耐腐蚀性好且热膨胀系数与钢相近,具有十分优异的性能。目前，国内对三元硼化物合金材料多应用于表面陶瓷涂层，采用真空液相烧结法、固相反应法、放电等离子烧结法或者氩弧熔覆法，将合金熔覆于金属母材表面，从而获得耐磨性高、耐腐蚀性好的产品，然而涂覆于复杂形状的零部件表面受到限制。在注射成型领域，工程塑料中通常会添加大量的玻璃纤维、矿纤维、碳纤维、阻燃剂等增强填充物，以获得更高的特殊性能，导致工程塑料在成型过程中对螺杆的磨损腐蚀相当厉害。螺杆作为注射成型的核心部件，对耐磨耐腐蚀性能要求越来越高。在工作过程中，螺杆要完成送料、储料、注射等一系列工艺动作，其外形结构异形复杂，表面合金难以满足其工况要求，且易产生裂纹等缺陷，甚至脱落。整体合金螺杆如NiCrAl合金(3J40)、HIP工艺Co基合金(Co12或Co16)，亦难以满足耐腐蚀性要求。常规的工具钢、冷作模具钢制作的螺杆更加不能满足耐磨耐腐蚀的要求。公开号“CN103774054B”，名称为“合金螺杆材料及其螺杆的生产工艺”公开了一种合金螺杆材料及其螺杆的生产工艺，该合金螺杆材料由钼Mo、硼化铁FeB、铬Cr、镍Ni、锰Mn、碳C和铁Fe的原料粉末配置而成，其虽然能实现较好的综合性能，但是在材料强度和耐腐蚀性方面仍有进一步提升的可能。
技术实现思路
针对上述的不足，本专利技术目的之一在于，提供一种高硬度、高耐磨，耐腐蚀性好，综合性能好的三元硼化物合金螺杆材料。本专利技术目的之二在于，提供一种制作上述三元硼化物合金螺杆材料的生产工艺，该生产工艺的制作工艺简易，易于实现，能快速生产出三元硼化物合金螺杆材料。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案是：一种三元硼化物合金螺杆材料，其的元素含量百分比为：B的含量为2.8～7％，Mo的含量为25～60％，Cr的含量为2～15％，C的含量为0.2～1.5％，V的含量为0.5～7％，Nb的含量为1～4％，W的含量为0.5～10％，Ce的含量为0.1～1％，Mn的含量为1～10％，Ta的含量为0.1～2％，Ni的含量为余量。三元硼化物(Mo2NiB2)合金的基本组成分为硬质相Mo2NiB2与粘结相Ni。通过液相反应烧结，生成硬质相，使材料获得硬度和耐磨耐腐蚀性，通过粘结使材料具有足够的强度。B是生产三元硼化物合金螺杆材料的基本元素，生成三元硼化物的基础，当B的含量低于2.8％时，硬质相生成少，占比低，材料硬度低，没有耐磨性。当B含量达7.0％时，硬质相比例超过90％，脆性大，强度低。因此，B的含量在2.8～7％为宜。Mo也是生成三元硼化物的基本元素，当Mo含量低于25％时，耐磨耐蚀性、强度均有所降低。当含量达60％时，富余的Mo易跟其它元素产生脆性合金而降低材料强度。因此要同时获得良好的耐磨性、耐腐蚀性和强度，Mo含量宜控制在25～60％之间。Ni既是生成三元硼化物的基本元素，也是作为三元硼化物合金螺杆材料中的粘结相，故将Ni作为余量，其含量过低时，烧结过程中不能产生足够的液相，而导致强度降低。纯Mo2NiB2的晶体结构为斜方晶系，在液相烧结过程中晶粒易发生不均匀性生长现象，并产生尖锐角，导致硬质相晶粒与金属粘结相的结合性较差，加入适量Cr、V后，Cr、V会部分替代硬质相中的Ni，使Mo2NiB2的晶体结构转变为正方晶系，从而提高合金的强韧性。同时，Cr、V溶解在粘结相中，能大幅改善材料的高温性能和强度。Cr、V的总量在2.5～20％为最佳。为进一步改善材料综合性能，适量加入W元素。W元素同时存在于硬质相和粘结相中，在硬质相中能替代部分Mo，改善Mo2NiB2的组织结构和耐磨性能；其溶解于粘结相中有利于细化抑制晶粒长大，提高合金的耐腐蚀性和强度。添加适量的Mn、Ce、V、Nb、Ta能显著抑制晶粒的长大，进一步提高材料的硬度强度。一种三元硼化物合金螺杆生产工艺，其包括以下步骤：(1)配料：各材料及其质量百分比如下：B2.8～7％，Mo25～60％，Cr2～15％，C0.2～1.5％，V0.5～7％，Nb1～4％，W0.5～10％，Ce0.1～1％，Mn1～10％，Ta0.1～2％，粘结剂2～5％,Ni余量；(2)球磨：将粘结剂和原始粉末B、Mo、Cr、C、V、Nb、W、Ce、Mn、Ta和Ni进行球磨混合，获得混合粉末；(3)压制成型：将混合粉末送入螺杆模具中进行压制坯体；(4)成型烧结：对坯体进行烧结，获得三元硼化物合金棒；烧结获得的三元硼化物合金棒密度约为8.1～8.2g/m3，硬度为58-69HRC,抗弯强度可达2500Mpa以上；(5)机械加工：通过烧结成型获得三元硼化物合金棒后，按照预定图纸进行机械加工获得所需的三元硼化物合金螺杆制品。作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤(2)采用优选以石蜡作为粘结剂、进行湿式球磨，当然也可以采用选用PEG、橡胶、树脂等作为粘结剂，但从压坯强度与脱脂性能等方面综合考虑，优选石蜡作为粘结剂；理所当然，也可以采用其它球磨制粉方式制取合格的粉末。湿式球磨对于制取粉末在粒度分布、粉末的抗氧化、粉末的偏析团聚、以及成本控制方面更具有明显的优点，故优选采用湿式球磨工艺。以无水乙醇、甲醇、丙酮、正庚烷和正己烷一种或多种的溶剂混合的共沸溶剂作为溶剂，磨球采用硬质合金球、陶瓷球或不锈钢球等，从磨球的耐磨性和球磨效率方面考虑，优选采用硬质合金球，以1:1～5:1的球料体积比，在惰性气体保护气氛下进行球磨，惰性气体可以采用氮气、氩气等惰性保护气，球磨10～60小时，获得一定粒度的混合粉末。可以通过调整球料比、转速和球磨时间来控制粉末的粒度及粒度分布范围。粉末的粒度对后续烧结温度影响很大，直接影响材料强度硬度的提升。粒度越细，对温度越敏感，所需烧结温度更低，故不同的粉末粒度，采用不同的烧结工艺。同时粒度越细，粉末更容易氧化。随着含氧量的升高，将对材料性能造成破坏性的影响。经反复测试表明，粉末粒度控制在0.5～5um为佳，D50在2.0um左右。在惰性气体保护气氛下进行球磨；球磨至所需粒度时，在分离出磨球后进行真空干燥，使溶剂完全挥发，分离出混合粉末。干燥过程中杜绝与空气的接触以防氧化。作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤(3)根据所需生产的螺杆规格要求来选择相对应的螺杆模具来压制坯体。对于规格较小的螺杆，采用整体合金的方式，即整只棒料是三元硼化物(Mo2NiB2)合金；对于规本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三元硼化物合金螺杆材料，其特征在于，其的元素含量百分比为：B的含量为2.8～7％，Mo的含量为25～60％，Cr的含量为2～15％，C的含量为0.2～1.5％，V的含量为0.5～7％，Nb的含量为1～4％，W的含量为0.5～10％，Ce的含量为0.1～1％，Mn的含量为1～10％，Ta的含量为0.1～2％，Ni的含量为余量。/n

【技术特征摘要】
1.一种三元硼化物合金螺杆材料，其特征在于，其的元素含量百分比为：B的含量为2.8～7％，Mo的含量为25～60％，Cr的含量为2～15％，C的含量为0.2～1.5％，V的含量为0.5～7％，Nb的含量为1～4％，W的含量为0.5～10％，Ce的含量为0.1～1％，Mn的含量为1～10％，Ta的含量为0.1～2％，Ni的含量为余量。


2.一种三元硼化物合金螺杆生产工艺，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)配料：各材料及其质量百分比如下：B2.8～7％，Mo25～60％，Cr2～15％，C0.2～1.5％，V0.5～7％，Nb1～4％，W0.5～10％，Ce0.1～1％，Mn1～10％，Ta0.1～2％，粘结剂2～5％,Ni余量；
(2)球磨：将粘结剂和原始粉末B、Mo、Cr、C、V、Nb、W、Ce、Mn、Ta和Ni进行球磨混合，获得混合粉末；
(3)压制成型：将混合粉末送入螺杆模具中进行压制坯体；
(4)成型烧结：对坯体进行烧结，获得三元硼化物合金棒；
(5)机械加工：对三元硼化物合金棒进行加工，获得三元硼化物合金螺杆制品。


3.根据权利要求2所述的生产工艺，其特征在于，所述步骤(2)采用湿式球磨，以...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓俊杰，罗才元，
申请(专利权)人：广东博杰特新材料科技有限公司，东莞杰宇机械有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44