一种刀具用增强多主元合金涂层及其制备方法与流程

本发明涉及金属材料及其制备领域，具体涉及一种刀具用增强多主元合金涂层及其制备方法。

背景技术：

机加工按照工件在加工过程中质量的变化可分为材料去除加工、材料成形加工和材料累积加工。与其他加工方法相比，去除加工要求具有高的加工精度、表面质量等，是机加工中应用较为广泛的一种加工方法。去除加工又可分为切削加工和特种加工（如：电解加工、激光加工、超声波加工等），其中切削加工主要依靠切削刀具，将工件多余的部分进行切除，以达到某种尺寸、精度、表面质量等要求。

为了获得更好的性能和更长的使用寿命，往往采用涂层技术来改善刀具表面的性能，可有效减少化学反应和热量传递，使刀具磨损大幅降低。刀具涂层材料通常需要满足高硬度、耐磨性好、化学稳定性高、耐热耐氧化等性能。目前常见的刀具涂层材料主要有碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物、硼化物、金刚石及复合涂层等。涂层结构随着工艺和技术的不断发展，开始从单一涂层到多元、多层、梯度、多功能、纳米涂层的新阶段发展。特别是开发多元、纳米涂层可大大改善涂层与刀具基体间的结合强度和韧性。

多主元高熵合金普遍具有高强度、高硬度、高耐磨和抗回火稳定性等特点，且具有传统合金材料所不具备的独特优势。因此，设计与制备一种新型的刀具用增强多主元合金涂层不仅具有广阔的市场前景，同时也有利于对高熵合金理论的完善。

技术实现要素：

本发明提出了一种刀具用增强多主元合金涂层及其制备方法，通过等离子熔覆的方法可以与多种基体材料达到冶金结合，且可根据工件的具体使用情况通过微调多主元合金成分和结构来满足不同的刀具性能变化的需求。

实现本发明的技术方案是：一种刀具用增强多主元合金涂层，合金涂层的化学式alxcocumnmoynbzni，其中0.1≤x≤1.3；0.1≤y≤1.3；0.1≤z≤1.3；0.02≤x/(x+y+z+3)<0.25；0.02≤y/(x+y+z+3)<0.25；0.02≤z/(x+y+z+3)<0.25。

所述的刀具用增强多主元合金涂层的制备方法，步骤如下：

（1）按alxcocumnmoynbzni化学计量比称取所需的金属粉末，并将金属粉末置于球磨罐中，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）密封好的球磨罐置于行星式球磨机上进行混料；

（3）以步骤（2）混料后的粉末为基准，向混料后的粉末中加入97wt%的松节油透醇和3wt%的乙基纤维素调制成糊状，将糊状混料涂制于基体上，在80-120℃下烘干；

（4）在步骤（3）涂制混料的基体上进行等离子熔覆，熔覆完成得到多主元合金涂层。

所述步骤（1）中金属粉末的纯度高于99.5%。

所述步骤（1）中保护气体为氩气或氮气。

所述步骤（2）中行星式球磨机混料的转速为30-100rpm，时间为0.5-6h。

所述步骤（3）和（4）中基体为铝、铝合金、铜、铜合金、镍与镍合金中的一种。

所述步骤（4）中等离子熔覆的电流为120-137a，熔覆电压34v，等离子弧移动速度为120-180mm/min。

本发明的有益效果是：本发明方法制备的多主元高熵合金材料成分与原料配比成分一致，所形成的合金结构简单；可以与多种基体材料有效结合，并可根据工件的具体使用情况通过微调多主元合金成分和结构来满足不同的刀具性能变化的需求；同时制备工艺和生产设备简单，生产效率高，成本低，适用范围广。

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是本发明所提供的一种刀具用增强多主元合金涂层的制备方法的一种工艺流程图；

图2是实施例1制备的多主元合金涂层的x射线衍射图谱。

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

刀具用增强多主元合金alxcocumnmoynbzni涂层的制备方法，步骤如下：

按化学式alcocumnmo0.1nb0.1ni分别称取0.40mol的铝粉、钴粉、铜粉、锰粉和镍粉与0.04mol的钼粉和铌粉，各种纯金属粉的纯度均高于99.5%；将称量好的上述原料置于球磨罐中，加入适量的不锈钢球，然后在氮气环境下将放有原料的球磨罐密封起来；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；在上述均匀混料后的粉末中加入97wt%松节油透醇和3wt%乙基纤维素调制成糊状，预制于基体上，在90℃下烘干；在预制有原料的基体材料上进行等离子熔覆，熔覆电流130a，熔覆电压34v，等离子弧移动速度为160mm/min，熔覆完成即在基体上制备出所需的多主元合金涂层。

实施例2

刀具用增强多主元合金alxcocumnmoynbzni涂层的制备方法，步骤如下：

按化学式al0.1cocumnmo0.1nbni分别称取0.04mol的铝粉和钼粉与0.40mol的钴粉、铜粉、锰粉、铌粉和镍粉，各种纯金属粉的纯度均高于99.5%；将称量好的上述原料置于球磨罐中，加入适量的不锈钢球，然后在氮气环境下将放有原料的球磨罐密封起来；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；在上述均匀混料后的粉末中加入97wt%松节油透醇和3wt%乙基纤维素调制成糊状，预制于基体上，在100℃下烘干；在预制有原料的基体材料上进行等离子熔覆，熔覆电流125a，熔覆电压34v，等离子弧移动速度为140mm/min，熔覆完成即在基体上制备出所需的多主元合金涂层。

实施例3

刀具用增强多主元合金alxcocumnmoynbzni涂层的制备方法，步骤如下：

按化学式al1.3cocumnmo0.5nb0.5ni分别称取0.52mol的铝粉、0.40mol的钴粉、铜粉、锰粉和镍粉与0.20mol的钼粉和铌粉，各种纯金属粉的纯度均高于99.5%；将称量好的上述原料置于球磨罐中，加入适量的不锈钢球，然后在氮气环境下将放有原料的球磨罐密封起来；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；在上述均匀混料后的粉末中加入97wt%松节油透醇和3wt%乙基纤维素调制成糊状，预制于基体上，在120℃下烘干；在预制有原料的基体材料上进行等离子熔覆，熔覆电流120a，熔覆电压34v，等离子弧移动速度为120mm/min，熔覆完成即在基体上制备出所需的多主元合金涂层。

实施例4

刀具用增强多主元合金alxcocumnmoynbzni涂层的制备方法，步骤如下：

按化学式al0.5cocumnmo1.3nb0.5ni分别称取0.20mol的铝粉和铌粉、0.40mol的钴粉、铜粉、锰粉和镍粉与0.52mol的钼粉，各种纯金属粉的纯度均高于99.5%；将称量好的上述原料置于球磨罐中，加入适量的不锈钢球，然后在氮气环境下将放有原料的球磨罐密封起来；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；在上述均匀混料后的粉末中加入97wt%松节油透醇和3wt%乙基纤维素调制成糊状，预制于基体上，在80℃下烘干；在预制有原料的基体材料上进行等离子熔覆，熔覆电流137a，熔覆电压34v，等离子弧移动速度为180mm/min，熔覆完成即在基体上制备出所需的多主元合金涂层。

实施例5

刀具用增强多主元合金alxcocumnmoynbzni涂层的制备方法，步骤如下：

按化学式al0.5cocumnmo0.5nb1.3ni分别称取0.20mol的铝粉和钼粉、0.40mol的钴粉、铜粉、锰粉和镍粉与0.52mol的铌粉，各种纯金属粉的纯度均高于99.5%；将称量好的上述原料置于球磨罐中，加入适量的不锈钢球，然后在氮气环境下将放有原料的球磨罐密封起来；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；在上述均匀混料后的粉末中加入97wt%松节油透醇和3wt%乙基纤维素调制成糊状，预制于基体上，在100℃下烘干；在预制有原料的基体材料上进行等离子熔覆，熔覆电流125a，熔覆电压34v，等离子弧移动速度为120mm/min，熔覆完成即在基体上制备出所需的多主元合金涂层。

实施例6

刀具用增强多主元合金alxcocumnmoynbzni涂层的制备方法，步骤如下：

按化学式alcocumnmonbni分别称取0.40mol的铝粉、钴粉、铜粉、锰粉、钼粉、铌粉和镍粉，各种纯金属粉的纯度均高于99.5%；将称量好的上述原料置于球磨罐中，加入适量的不锈钢球，然后在氩气环境下将放有原料的球磨罐密封起来；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；在上述均匀混料后的粉末中加入97wt%松节油透醇和3wt%乙基纤维素调制成糊状，预制于基体上，在80℃下烘干；在预制有原料的基体材料上进行等离子熔覆，熔覆电流130a，熔覆电压34v，等离子弧移动速度为160mm/min，熔覆完成即在基体上制备出所需的多主元合金涂层。

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。