三元硼化物金屬陶瓷不僅具有優(yōu)異的強(qiáng)度、硬度和耐蝕性，在高溫下還具有出色的抗氧化性和耐磨損性等[1]，近年來(lái)成為研究的熱點(diǎn)。利用真空燒結(jié)制備金屬陶瓷，可以將金屬相和陶瓷相的優(yōu)良性能結(jié)合起來(lái)[2-3]，并產(chǎn)生新的性能優(yōu)勢(shì)。

在多種金屬陶瓷中，三元硼化物由于含有B-M離子鍵、B-B共價(jià)鍵和M-M金屬鍵，具備出色的抗高溫氧化性能，耐摩擦磨損性能和耐腐蝕性能[4]，因此廣泛應(yīng)用于航空航天、海上船舶、模具等領(lǐng)域[5]。目前常見的三元硼化物有Mo2NiB2，Mo2FeB2，WoCoB和MoCoB。其中，Mo2NiB2金屬陶瓷具有優(yōu)異的耐摩擦磨損性能和耐腐蝕性能，力學(xué)性能接近硬質(zhì)合金，且密度僅為硬質(zhì)合金的3/5[6]。

KOMAI等[7]制備了Mo2NiB2金屬陶瓷，并在10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）HF和10% HCl溶液中測(cè)試了其耐蝕性，結(jié)果表明，自制Mo2NiB2金屬陶瓷的耐蝕性優(yōu)于WC-10% Co合金、高速鋼、SUS405、440C、316L和304不銹鋼，這主要是由于Ni元素的存在。代寬寬等[8]使用激光熔覆技術(shù)合成了Mo2NiB2金屬陶瓷涂層，對(duì)其進(jìn)行了極化曲線測(cè)試，結(jié)果表明Q235鋼基體的腐蝕電流密度是Mo2NiB2金屬陶瓷的3倍多，即Mo2NiB2金屬陶瓷涂層大大提高了基體的耐蝕性。ZHENG等[9]研究了不同相含量Mo2NiB2金屬陶瓷的沖蝕性能，結(jié)果表明，Mo2NiB2金屬陶瓷材料中Mo2NiB2相的含量越高，其的耐蝕性越高。

利用真空燒結(jié)法制備結(jié)構(gòu)致密、含氧量低的高質(zhì)量Mo2NiB2材料是一種成熟的工藝。但目前探究燒結(jié)保溫時(shí)間對(duì)Mo2NiB2金屬陶瓷組織、物相和腐蝕性能的研究較少。因此筆者使用Mo、Ni、B質(zhì)量比為2∶1∶2的粉末，利用濕磨法將其混合，最后通過(guò)真空液相燒結(jié)法反應(yīng)燒結(jié)合成Mo2NiB2金屬陶瓷，并探究了保溫時(shí)間對(duì)燒結(jié)體的影響。

1. 試驗(yàn)

1.1 試樣

試驗(yàn)材料為高純度Mo、Ni和B粉末，顆粒大小、純度以及生產(chǎn)公司如表1所示。

按Mo、Ni、B質(zhì)量比為2∶1∶2將三種粉末混合，利用GMS3-3型行星球磨機(jī)濕法球磨，其中球料、混合粉末、無(wú)水乙醇（質(zhì)量比）為6∶2∶1，球磨轉(zhuǎn)速275r/min，球磨時(shí)間24h。

將球磨的混合粉末放置于干燥箱干燥6 h，干燥溫度為80 ℃，之后使用160目（孔徑2 mm）篩子過(guò)篩。再對(duì)粉末進(jìn)行壓片處理（壓力為200 MPa，保壓時(shí)間為120 s），制成尺寸為?17 mm×3 mm的小圓柱體，最后把壓制完成的試樣放入真空爐（GSL-1600X型真空燒結(jié)爐）燒結(jié)。燒結(jié)參數(shù)如下：以10 ℃/min升溫速率升溫至1 240 ℃，保溫20 min，繼續(xù)升溫至最高溫度（1 280 ℃），在1 280 ℃下的保溫時(shí)間分別為10 min、20 min、40 min和60 min，隨后隨爐冷卻至室溫。

1.2 性能測(cè)試及表征

（1）利用X射線衍射儀（XRD，RigakuUltimaIV型）對(duì)混合粉末和Mo2NiB2金屬陶瓷的物相組成與組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，工作電壓40 kV、電流30 mA，掃描角度為10°~90 °，掃描速率和步長(zhǎng)分別為2（°）/min和0.02。

（2）利用掃描電子顯微鏡（SEM，HitachiTM3030型）、X射線能譜分析儀（EDS，OxfordSwift3000型）表征混合粉末與Mo2NiB2金屬陶瓷的形貌和成分。

（3）利用數(shù)字式顯微硬度計(jì)（HXD-1000TMC/LCD型，上海泰明光學(xué)儀器有限公司）對(duì)Mo2NiB2金屬陶瓷表面進(jìn)行維氏硬度表征，具體測(cè)試條件為200g下加載15 s，選取10個(gè)點(diǎn)進(jìn)行硬度測(cè)量，取其平均值為最終硬度值。

（4）利用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)（UMTTriboLab Bruker型）對(duì)Mo2NiB2金屬陶瓷進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)，摩擦負(fù)荷為45 N，摩擦?xí)r間為30 min，頻率為5 Hz，磨球?yàn)閃C。最后再使用白光衍射儀對(duì)摩擦后的試樣形貌進(jìn)行綜合分析，綜合判斷試樣的摩擦磨損性能。

（5）利用電化學(xué)工作站（AutolabPGSTAT 302N型）在3.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）NaCl溶液中測(cè)試Mo2NiB2金屬陶瓷的動(dòng)態(tài)極化曲線與電化學(xué)阻抗譜。采用標(biāo)準(zhǔn)三電極體系，其中Ag/AgCl為參比電極，鉑電極為對(duì)電極，Mo2NiB2金屬陶瓷試樣為工作電極，試樣工作面為1 cm2。在動(dòng)態(tài)極化曲線測(cè)試中，工作電極以1 mV/s的掃描速率極化。電化學(xué)阻抗譜曲線測(cè)試電位在開路電位（OCP）±10 mV波動(dòng)，測(cè)試頻率為10-2~105 Hz。每次腐蝕測(cè)試之前，將Mo2NiB2金屬陶瓷試樣浸泡于3.5% NaCl溶液中2 h。

2. 結(jié)果與討論

2.1 微觀結(jié)構(gòu)和物相

由圖1和2可見：混合粉末的形狀大小均勻，混合效果較好，這有利于液相燒結(jié)制備Mo2NiB2；球磨過(guò)程中沒(méi)有生成雜質(zhì)相和其他金屬間化合物，不含雜質(zhì)。在12°左右出現(xiàn)較寬的B峰，這主要是因?yàn)锽顆粒受到小球的沖擊轉(zhuǎn)變成非晶態(tài)[10]。

圖 1 Mo2NiB2混合粉末SEM形貌

Figure 1. SEM morphology of Mo2NiB2 mixed powder

圖 2 Mo2NiB2混合粉末的XRD圖譜

Figure 2. XRD pattern of Mo2NiB2 mixed powder

2.2 保溫時(shí)間對(duì)顯微組織的影響

圖3為不同保溫時(shí)間下Mo2NiB2金屬陶瓷的XRD圖譜，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，Mo2NiB2金屬陶瓷內(nèi)部主要包含Mo2NiB2相，MoNi相和MoB相。其中保溫10 min時(shí)的Mo2NiB2峰值較低，主要是因?yàn)榇藭r(shí)Mo2NiB2金屬陶瓷的液相反應(yīng)不夠徹底。保溫20 min和40 min時(shí)Mo2NiB2的峰值最高，表明后兩種試驗(yàn)條件下液相燒結(jié)過(guò)程更充分。保溫60 min時(shí)Mo2NiB2的峰值略微降低，這是由于保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致Mo2NiB2晶粒過(guò)度生長(zhǎng)。

圖 3 1 280 ℃下保溫不同時(shí)間后Mo2NiB2金屬陶瓷的XRD圖譜

Figure 3. XRD patterns of Mo2NiB2 cermet after different insulation time at 1 280 ℃

由圖4可見：不同保溫時(shí)間下所得Mo2NiB2金屬陶瓷的微觀組織均由白色區(qū)域，淺灰色區(qū)域和深灰色區(qū)域組成。對(duì)保溫時(shí)間為40 min的試樣各區(qū)域進(jìn)行EDS分析，結(jié)果如表2所示。結(jié)合XRD分析結(jié)果，淺灰色區(qū)域主要為Mo2NiB2，白色區(qū)域主要為MoB，深灰色區(qū)域主要是MoNi。

圖 4 1 280 ℃下保溫不同時(shí)間后Mo2NiB2金屬陶瓷的SEM形貌

Figure 4. SEM morphology of Mo2NiB2 cermet after different insulation times at 1 280 ℃: (a) 10 min; (b) 20 min; (c) 40 min; (d) 60 min