一种高性能多主元合金刀具及其制备方法与流程

本发明涉及金属材料及其制备领域，具体涉及一种高性能多主元合金刀具及其制备方法。

背景技术：

制造业作为我国经济发展的支柱性行业，制造业的快速发展往往伴随着先进制造技术的快速进步。刀具作为机加工的重要工具，主要用在工件的切削领域。刀具性能的好坏直接影响到切削加工的效率、表面质量等。刀具损坏是切削过程的一个必然结果，刀具损坏的形式主要有：前刀面磨损、后刀面磨损、前后刀面同时磨损的刀具磨损和崩刃、剥落、裂纹、碎断等刀具破损。因此，选择一种高性能合金材料制备刀具具有重要意义。

多主元高熵合金以至少5种以上元素作为主要合金组元，通过合金化和加工后形成新型显微结构并具有优异性能，为合金材料性能设计打开了新的窗口。多主元高熵合金具有高耐磨性、高耐腐蚀性、优异的热稳定性、高强度、高硬度和抗高温氧化性等优异特性，这些优良的性能满足了刀具关键的性能要求，可在高端刀具上得到广泛应用。

目前，多主元合金的研究仍多集中在cocrcufe的体系，或是在此基础之上进行元素替换，或者添加一些新的组元形成更多组元的多主元合金，而对其它体系的刀具用多主元合金报道相对较少。因此，开发和设计一种刀具用高性能多主元合金具有重要意义。

技术实现要素：

本发明提出了一种高性能多主元合金刀具及其制备方法，该合金刀具材料采用放电等离子烧结方法制备，具有升降温快、加热效率和生产效率高、烧结压力和气氛可控等特点，可广泛应用于各种高性能材料的制备。

实现本发明的技术方案是：一种高性能多主元合金刀具，该多主元合金的化学式为alxcocumnynbzni，其中0.1≤x≤1.2、0.1≤y≤1.2、0.1≤z≤1.2；且0.01<x/(x+y+z+3)<0.30、0.01<y/(x+y+z+3)<0.30、0.01<z/(x+y+z+3)<0.30。

所述的高性能多主元合金刀具的制备方法，步骤如下：

（1）按alxcocumnynbzni化学计量比称取所需的各种纯金属粉末，将金属粉末原料置于球磨罐中，加入不锈钢球，然后在保护气体环境下将球磨罐密封起来；

（2）将步骤（1）密封的球磨罐置于球磨机上进行混合得到混料；

（3）将步骤（2）得到的混料在保护气体环境下装入石墨模具，再将石墨模具装入放电等离子烧结炉内；

（4）在石墨模具上加载一个初定预压力5-10mpa，之后将炉腔抽真空到100pa以下，烧结即得多主元合金刀具。

所述步骤（1）金属粉末的纯度均大于99.5%。

所述步骤（1）和（3）保护气体为氩气或氮气。

所述步骤（1）不锈钢球与原料的质量比为（5-10）:1。

所述步骤（2）中球磨机为行星式球磨机，球磨机的转速为30~100rpm，时间为0.5-6h。

所述步骤（4）中烧结的温度为900-1500℃，保温时间为0.5-2h，最大压力35-50mpa。

本发明的有益效果是：本发明方法制备的多主元合金材料成分与原料配比成分一致；本发明工艺具有生产效率高，烧结温度低，加热均匀，节约能源等优点，同时所制备的高性能多主元合金具有相对致密度高、组织结构细小均匀、合金结构简单等特点，且工艺简单、操控简便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例1制备的多主元合金的x射线衍射图。

图2是本发明的一种工艺流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种高性能多主元合金刀具的制备方法，步骤如下：

按化学式alcocumnnb0.1ni分别称取0.40mol的铝粉、钴粉、铜粉、锰粉和镍粉与0.04mol的铌粉，各种纯金属粉末的纯度均大于99.5%；将称量好的上述原料置于球磨罐中，按球料质量比10:1加入不锈钢球，然后在氮气环境下将放有纯金属粉末的球磨罐密封起来；将上述密封好的球磨罐置于行星式球磨机上进行混料，混料转速为100rpm，时间为0.5h；将上述均匀混料后的粉末在氮气气体保护下装入石墨模具，再将石墨模具装入放电等离子烧结炉内；在石墨模具上加载一个初定预压力10mpa，再将炉腔抽真空到100pa以下，快速升温到900℃，保温2h，最大压力50mpa，烧结完成即得所需的多主元合金刀具。

实施例2

一种高性能多主元合金刀具的制备方法，步骤如下：

按化学式alcocumn0.5nbni分别称取0.40mol的铝粉、钴粉、铜粉、铌粉和镍粉与0.20mol的锰粉，各种纯金属粉末的纯度均大于99.5%；将称量好的上述原料置于球磨罐中，按球料质量比9:1加入适量的不锈钢球，然后在氮气环境下将放有纯金属粉末的球磨罐密封起来；将上述密封好的球磨罐置于行星式球磨机上进行混料，混料转速为30rpm，时间为6h；将上述均匀混料后的粉末在氮气气体保护下装入石墨模具，再将石墨模具装入放电等离子烧结炉内；在石墨模具上加载一个初定预压力9mpa，再将炉腔抽真空到100pa以下，快速升温到1100℃，保温1.5h，最大压力45mpa，烧结完成即得所需的多主元合金刀具。

实施例3

一种高性能多主元合金刀具的制备方法，步骤如下：

按化学式al0.5cocumnnbni分别称取0.40mol的钴粉、铜粉、锰粉、铌粉和镍粉与0.20mol的铝粉，各种纯金属粉末的纯度均大于99.5%；将称量好的上述原料置于球磨罐中，按球料质量比7:1加入适量的不锈钢球，然后在氩气环境下将放有纯金属粉末的球磨罐密封起来；将上述密封好的球磨罐置于行星式球磨机上进行混料，混料转速为40rpm，时间为4h；将上述均匀混料后的粉末在氮气气体保护下装入石墨模具，再将石墨模具装入放电等离子烧结炉内；在石墨模具上加载一个初定预压力8mpa，再将炉腔抽真空到100pa以下，快速升温到1200℃，保温1h，最大压力40mpa，烧结完成即得所需的多主元合金刀具。

实施例4

一种高性能多主元合金刀具的制备方法，步骤如下：

按化学式al1.2cocumn0.1nb0.5ni分别称取0.48mol的铝粉、0.40mol的钴粉、铜粉和镍粉、0.04mol的锰粉与0.20mol的铌粉，各种纯金属粉末的纯度均大于99.5%；将称量好的上述原料置于球磨罐中，按球料质量比5:1加入适量的不锈钢球，然后在氩气环境下将放有纯金属粉末的球磨罐密封起来；将上述密封好的球磨罐置于行星式球磨机上进行混料，混料转速为50rpm，时间为2h；将上述均匀混料后的粉末在氮气气体保护下装入石墨模具，再将石墨模具装入放电等离子烧结炉内；在石墨模具上加载一个初定预压力6mpa，再将炉腔抽真空到100pa以下，快速升温到1300℃，保温1h，最大压力40mpa，烧结完成即得所需的多主元合金刀具。

实施例5

一种高性能多主元合金刀具的制备方法，步骤如下：

按化学式al0.1cocumn1.2nb0.5ni分别称取0.04mol的铝粉、0.40mol的钴粉、铜粉和镍粉、0.48mol的锰粉与0.20mol的铌粉，各种纯金属粉末的纯度均大于99.5%；将称量好的上述原料置于球磨罐中，按球料质量比6:1加入适量的不锈钢球，然后在氩气环境下将放有纯金属粉末的球磨罐密封起来；将上述密封好的球磨罐置于行星式球磨机上进行混料，混料转速为60rpm，时间为1h；将上述均匀混料后的粉末在氮气气体保护下装入石墨模具，再将石墨模具装入放电等离子烧结炉内；在石墨模具上加载一个初定预压力5mpa，再将炉腔抽真空到100pa以下，快速升温到1500℃，保温0.5h，最大压力35mpa，烧结完成即得所需的多主元合金刀具。

实施例6

一种高性能多主元合金刀具的制备方法，步骤如下：

按化学式al0.1cocumn0.1nb1.2ni分别称取0.04mol的铝粉和锰粉、0.40mol的钴粉、铜粉和镍粉与0.48mol的铌粉，各种纯金属粉末的纯度均大于99.5%；将称量好的上述原料置于球磨罐中，按球料质量比8:1加入适量的不锈钢球，然后在氩气环境下将放有纯金属粉末的球磨罐密封起来；将上述密封好的球磨罐置于行星式球磨机上进行混料，混料转速为100rpm，时间为0.5h；将上述均匀混料后的粉末在氮气气体保护下装入石墨模具，再将石墨模具装入放电等离子烧结炉内；在石墨模具上加载一个初定预压力6mpa，再将炉腔抽真空到100pa以下，快速升温到1300℃，保温1h，最大压力40mpa，烧结完成即得所需的多主元合金刀具。

实施例7

一种高性能多主元合金刀具的制备方法，步骤如下：

按化学式alcocumnnbni分别称取0.40mol的铝粉、钴粉、铜粉、锰粉、铌粉和镍粉，各种纯金属粉末的纯度均大于99.5%；将称量好的上述原料置于球磨罐中，按球料质量比10:1加入适量的不锈钢球，然后在氩气环境下将放有纯金属粉末的球磨罐密封起来；将上述密封好的球磨罐置于行星式球磨机上进行混料，混料转速为50rpm，时间为2h；将上述均匀混料后的粉末在氮气气体保护下装入石墨模具，再将石墨模具装入放电等离子烧结炉内；在石墨模具上加载一个初定预压力9mpa，再将炉腔抽真空到100pa以下，快速升温到1100℃，保温1.5h，最大压力45mpa，烧结完成即得所需的多主元合金刀具。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。