一种制作刀具的高熵合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种制作刀具的高熵合金材料及其制备方法，属于金属材料及其制备领域，多主元合金成分为AlxCoCrFeMnyTiMgz，具体步骤为：按化学式称取各种金属粉末置于球磨罐中，加入不锈钢球，然后在惰性气体环境下将球磨罐密封；球磨混料；将混料后的粉末在压机上温压成齿轮坯料；将齿轮坯料装入瓷舟，将瓷舟置于真空烧结炉内进行烧结，得到目标齿轮。本发明专利技术方法能够获得成分均匀的多主元合金工件，有效抑制金属间化合物的形成；其合金相结构可根据成分微调实现单相到性能差异较大的多相转变，可设计性较强；所制备的多主元合金材料具有较高的硬度和耐磨性；生产设备和工艺简单，成本低，可控性强，易于工业化生产。

High entropy alloy material for cutting tool and preparation method thereof

The invention provides a high entropy alloy material for making cutters and a preparation method thereof, which belongs to the field of metal materials and their preparation. The multi-component alloy is composed of AlxCoCrFeMnyTiMgz. The concrete steps are as follows: weighing various metal powders in a ball mill according to chemical formula, adding stainless steel balls, and then grinding the ball mill in an inert gas environment. Sealing, ball milling and mixing, warm pressing the powder after mixing into gear blank on the press, loading the gear blank into the porcelain boat, sintering the porcelain boat in the vacuum sintering furnace, and getting the target gear. The method of the invention can obtain multi-component alloy workpiece with uniform composition and effectively inhibit the formation of intermetallic compound; the alloy phase structure can realize multi-phase transformation from single phase to multi-phase with large difference in properties according to the composition fine-tuning, and has strong designability; the prepared multi-component alloy material has high hardness and wear resistance; The preparation and process are simple, low cost, controllable and easy to industrialize.

【技术实现步骤摘要】
一种制作刀具的高熵合金材料及其制备方法
本专利技术涉及金属材料及其制备领域，具体涉及一种制作刀具的高熵合金材料及其制备方法。
技术介绍
在机械加工领域，刀具具有不可替代的重要作用。刀具材料的发展对机械加工行业具有重大意义。随着刀具材料的不断改进，可使得刀具的切削加工水平和效率在不断提高，同时刀具切削的范围也在不断扩大，比如难加工的钛合金、陶瓷等材料的高速切削。随着刀具的广泛应用和材料技术的快速发展，新型刀具材料不断涌现。最初的碳钢刀具材料，因其含碳量高，耐磨性能好，但韧性和使用温度低，切削性能和加工效率不能满足机械加工的广泛需求。随之高速钢刀具材料的使用，其耐热和切削性能显著优于碳钢，得到了广泛使用。随着制造业中大量使用淬硬钢、高锰钢、耐磨铸铁等材料，高速钢刀具难以满足对此类材料的高速切削要求。这就需要开发新型刀具材料以满足工业需求。多主元高熵合金自2004年被首次提出以来，因其合金设计理念与传统合金以一种或两种元素作为主元的思想有较大差异，同时制备出的高熵合金普遍具有较高的硬度、熔点、耐热性能、耐磨性等特点，且其合金相结构可根据成分微调实现单相到性能差异较大的多相转变，从而可实现不同切削环境下对刀具材料的不同性能需求。因多主元高熵合金性能与理论有别于传统合金，表现出了多种优异性能，且其合金组元较多可设计性较强，性能变化范围也较大，因此，多主元高熵合金刀具材料的研究具有广阔的应用空间。
技术实现思路
本专利技术提供一种制作刀具的新型多主元高熵合金材料及其制备方法，所制备的多主元合金材料具有较高的硬度和耐磨性；生产设备和工艺简单，成本低，可控性强，易于工业化生产。实现本专利技术的技术方案是：一种制作刀具的高熵合金材料，合金材料按化学式AlxCoCrFeMnyTiMgz称取金属粉末，其中0.1≤x≤1.2；0.1≤y≤1.2；0.1≤z≤1.2；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。所述金属粉末的纯度大于99.5%。所述的制作刀具的高熵合金材料的制备方法，步骤如下：（1）称取纯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；（2）将步骤（1）的密封球磨罐置于球磨机上进行混料；（3）将步骤（2）混料后的粉末在压机上温压成齿轮坯料，压力为115-120kN，保压时间为1-7min，温度为150-400℃；（4）将步骤（3）中的齿轮坯料装入瓷舟，将瓷舟置于真空烧结炉内进行烧结，烧结温度为1500-1650℃，时间为2-12h，得到目标齿轮。所述步骤（1）中保护气体为氩气或氮气。所述步骤（2）中球磨机的转速为30-100rpm，时间为0.5-6h。本专利技术的有益效果是：本专利技术方法能够获得成分均匀的多主元合金工件，有效抑制金属间化合物的形成；其合金相结构可根据成分微调实现单相到性能差异较大的多相转变，可设计性较强；所制备的多主元合金材料具有较高的硬度和耐磨性；生产设备和工艺简单，成本低，可控性强，易于工业化生产。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，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为实施例1制备的多主元合金高耐磨刀具的X射线衍射图谱。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。实施例1制作刀具的高熵合金材料的制备方法，步骤如下：按化学式AlCoCrFeMnTiMg0.1分别称取0.43mol的铝粉、钴粉、铬粉、铁粉、锰粉和钛粉与0.043mol的镁粉，各种纯金属粉的纯度均高于99.5%；将称量好的上述纯金属粉末置于球磨罐中，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压机上进行温压成刀具坯料，压力为118kN，保压时间为2分钟，温度范围为300℃；将装有预制坯料的瓷舟置于真空烧结炉内进行高温烧结，烧结温度为1550℃，时间为6h，从而得到目标产物。实施例2制作刀具的高熵合金材料的制备方法，步骤如下：按化学式AlCoCrFeMn0.6TiMg0.2分别称取0.43mol的铝粉、钴粉、铬粉、铁粉和钛粉、0.258mol的锰粉与0.086mol的镁粉，各种纯金属粉的纯度均高于99.5%；将称量好的上述纯金属粉末置于球磨罐中，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压机上进行温压成刀具坯料，压力为115kN，保压时间为7分钟，温度范围为150℃；将装有预制坯料的瓷舟置于真空烧结炉内进行高温烧结，烧结温度为1650℃，时间为2h，从而得到目标产物。实施例3制作刀具的高熵合金材料的制备方法，步骤如下：按化学式Al0.7CoCrFeMnTiMg0.3分别称取0.301mol的铝粉、0.43mol的钴粉、铬粉、铁粉、锰粉和钛粉与0.129mol的镁粉，各种纯金属粉的纯度均高于99.5%；将称量好的上述纯金属粉末置于球磨罐中，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压机上进行温压成刀具坯料，压力为120kN，保压时间为1分钟，温度范围为400℃；将装有预制坯料的瓷舟置于真空烧结炉内进行高温烧结，烧结温度为1500℃，时间为12h，从而得到目标产物。实施例4制作刀具的高熵合金材料的制备方法，步骤如下：按化学式Al0.5CoCrFeMn0.5NiMg0.5分别称取0.215mol的铝粉、锰粉和镁粉与0.43mol的钴粉、铬粉、铁粉和钛粉，各种纯金属粉的纯度均高于99.5%；将称量好的上述纯金属粉末置于球磨罐中，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压机上进行温压成刀具坯料，压力为118kN，保压时间为2分钟，温度范围为300℃；将装有预制坯料的瓷舟置于真空烧结炉内进行高温烧结，烧结温度为1550℃，时间为6h，从而得到目标产物。实施例5制作刀具的高熵合金材料的制备方法，步骤如下：按化学式Al1.2CoCrFeMn0.1NiMg分别称取0.516mol的铝粉、0.43mol的钴粉、铬粉、铁粉、钛粉和镁粉与0.043mol的锰粉，各种纯金属粉的纯度均高于99.5%；将称量好的上述纯金属粉末置于球磨罐中，加入适量的不锈钢球，然后在氩气环境下将放有纯金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制作刀具的高熵合金材料，其特征在于合金材料按化学式AlxCoCrFeMnyTiMgz称取金属粉末，其中0.1≤x≤1.2；0.1≤y≤1.2；0.1≤z≤1.2；0.02≤x/(x+y+z+3)

【技术特征摘要】
1.一种制作刀具的高熵合金材料，其特征在于合金材料按化学式AlxCoCrFeMnyTiMgz称取金属粉末，其中0.1≤x≤1.2；0.1≤y≤1.2；0.1≤z≤1.2；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。2.如权利要求1所述的制作刀具的高熵合金材料，其特征在于：所述金属粉末的纯度大于99.5%。3.权利要求1所述的制作刀具的高熵合金材料的制备方法，其特征在于步骤如下：（1）称取纯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...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志新，马明星，穆云超，成晓哲，梁存，李婷婷，颜林艳，曹珂，
申请(专利权)人：中原工学院，
类型：发明
国别省市：河南,41