Mo2FeB2基金属陶瓷的显微组织形成机理与调控

Mo2FeB2-based cermets have higher mechanical properties and lower cost. In addition, no rare strategic materials are needed to fabricate it. Hence, Mo2FeB2-based cermets are a promising candidate for wear and corrosion resistance and tool applications. However, the microstructure characteristics are easily influenced by composition and sintering parameters, so the microstructures and mechanical properties of the Mo2FeB2-based cermets prepared under different conditions differ greatly from each other. In the present proposal, the effects of main metallurgical factors on the micromorphology, crystal structure and valence electron structure of Mo2FeB2 grains will be studied so as to reveal the mechanism of influencing the morphology of Mo2FeB2 grains. The growth mechanism and kinetic rule of Mo2FeB2 grain will also be investigated to obtain the main factors controlling grain growth and establish the kinetic equation. After that, the essential relationship between the microstructure characteristics and mechanical properties will also be studied. As a result, the relationships between composition, sintering process, crystal structure of main phases, interfacial structure, micromorphology and mechanical properties of Mo2FeB2-based cermets will be obtained. Based on the studies, the microstructure control of Mo2FeB2-based cermets will be realized. These research results will be able to provide theoretical guidance on preparing different kinds of Mo2FeB2-based cermets with high performance.

Mo2FeB2基金属陶瓷具有优良的性能、制造成本低廉，且不含战略物质，在工模具、耐磨耐蚀领域具有广泛的应用前景。但是其显微组织结构对成分和烧结工艺等因素很敏感，在不同条件下，所制备出的材料的显微组织和力学性能相差甚远。因此本项目拟研究主要物理冶金因素对该金属陶瓷中Mo2FeB2硬质相颗粒的显微形貌、晶体结构及价电子结构的影响规律，从价电子结构的层次揭示影响Mo2FeB2硬质相颗粒形貌的机理；研究Mo2FeB2硬质相颗粒的生长机制及动力学规律，得到Mo2FeB2硬质相颗粒生长的控制机理并建立其生长的动力学方程；研究显微组织特征与材料的力学性能之间的关系及其本质；建立材料的成分、烧结工艺、相组成、主要相晶体结构特征、界面结构特征、显微组织形貌特征等因素与力学性能之间的关系，实现Mo2FeB2基金属陶瓷显微组织的调控；为制备具有不同特点的高性能Mo2FeB2基金属陶瓷奠定基础。

Mo2FeB2基金属陶瓷具有优良的性能、制造成本低廉，且不含战略物质，在工模具、耐磨耐蚀领域具有广泛的应用前景。但是其显微组织结构对成分和烧结工艺等因素很敏感，在不同条件下，所制备出的材料的显微组织和力学性能相差甚远。针对上述问题，本项目对Mo2FeB2基金属陶瓷的显微组织形成机理及调控方法进行了系统的研究。首先，研究了Mo2FeB2烧结过程中的物相变化和显微组织变化规律；进而研究了主要工艺参数和主要合金元素对Mo2FeB2基金属陶瓷的硬质相颗粒的显微形貌和晶体结构特征的影响规律；在上述研究的基础上，选取几种典型的成分和烧结工艺条件，研究了Mo2FeB2 硬质相中合金元素的取代和占位特性，计算了不同条件下所得Mo2FeB2基金属陶瓷中主要组成相不同晶面上的共价电子密度，进而建立Mo2FeB2硬质相中固溶的合金元素种类与含量、Mo2FeB2硬质相不同晶面上的共价电子密度及其与金属粘结相之间的界面关系和Mo2FeB2硬质相颗粒不同方向的尺寸变化规律之间的联系，从价电子结构的层次揭示影响Mo2FeB2硬质相颗粒形貌的机理；通过蒙特卡罗方法模拟方法对典型金属陶瓷在液相烧结过程中显微组织的形成进行模拟，并通过系统实验研究，确定了烧结过程中Mo2FeB2颗粒生长特性的主要控制因素；研究了温度和时间等主要工艺因素对Mo2FeB2硬质相颗粒生长的影响规律，建立Mo2FeB2硬质相颗粒生长的动力学方程；研究了烧结体的显微组织结构特征与材料的力学性能之间的关系，揭示了Mo2FeB2基金属陶瓷的显微组织特征与性能之间关系的本质；综合上述研究结果，建立了材料的成分、烧结工艺、组织结构特征、界面结构特征、性能等因素之间的关系。本项目研究为制备具有不同特点的高性能Mo2FeB2基金属陶瓷奠定基础。