一种高熵合金粘结相硬质合金的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高熵合金粘结相硬质合金的制备方法，其特征是首先采用间歇式行星球磨制备出Fe:Co:Ni:Cu:Cr＝1:1:1:(0.4～0.6):(0.4～0.6)的非晶态的高熵合金粘结相粉末；然后将非晶态的高熵合金粘结相粉末与硬质相粉末进行滚筒式球磨混合，制备出的混合料仍为非晶态；最后在1400～1450℃进行SPS烧结使硬质合金中的非晶态的高熵合金粘结相发生结构弛豫完成晶化，非晶态向晶态转变的过程以及高熵合金自身的迟滞元素扩散效应使硬质相向粘结相中的溶解得到抑制，其粘结相是单相面心立方结构的高熵合金，从而制备出了高熵合金粘结相硬质合金。本发明专利技术克服了现有的高熵合金粘结相硬质合金制备时，硬质相在粘结相中溶解而出现相对含量降低，硬质相晶粒容易出现异常长大，最终导致硬质合金力学性能不足的问题，可用于切削刀具、耐磨零件等领域。

A Method for Preparing High Entropy Bonded Cemented Carbide

The invention discloses a preparation method of cemented carbide with high entropy alloy binder phase, which is characterized in that Fe:Co:Ni:Cu:Cr=1:1:1:(0.4-0.6): (0.4-0.6) amorphous high entropy alloy binder phase powder is prepared by intermittent planetary ball milling, and then amorphous high entropy alloy binder phase powder is mixed with cemented phase powder by roller ball milling, and the prepared mixture is still amorphous. At last, SPS sintering at 1400-1450 C results in structural relaxation and crystallization of amorphous high-entropy alloy binder phase in cemented carbide. The transformation from amorphous to crystalline state and the hysteretic element diffusion effect of high-entropy alloy itself restrain the dissolution of cemented carbide into binder phase. The binder phase is high-entropy alloy with one-phase center cubic structure, thus high-entropy alloy is prepared. Cemented carbide with alloy bonding phase. The invention overcomes the problems of dissolving the hard phase in the binder phase and decreasing the relative content of the hard phase during the preparation of the existing high-entropy alloy binder phase cemented carbide, and the abnormal growth of the hard phase grains, which ultimately leads to the insufficient mechanical properties of the cemented carbide, and can be used in cutting tools, wear-resistant parts and other fields.

【技术实现步骤摘要】
一种高熵合金粘结相硬质合金的制备方法
本专利技术涉及一种硬质合金材料的制备方法，特别涉及高熵合金粘结相硬质合金的制备方法，属于复合材料领域。
技术介绍
硬质合金是以WC等难熔金属碳化物为硬质相，Co等过渡金属为粘结相，采用粉末冶金方法制备成的复合材料。硬质合金具有优异的硬度、耐磨性等力学性能，广泛应用于切削刀具、耐磨性能、地矿工具等。为了进一步提高硬质合金的性能，国内外对硬质相进行了超细化和碳化物添加等研究；在粘结相方面，主要通过添加Fe、Ni、稀土元素等其他金属来实现对粘结相的强化。但是，目前的粘结相设计并未突破传统的单一主元的成分设计局限。而上世纪末出现的高熵合金是由5～13种主要元素按照等原子比或接近于等原子比合金化形成的多主元合金组成，且每种元素的摩尔含量介于5％～35％。高熵合金具有较高的强度,良好的耐磨性、高加工硬化,耐高温软化、耐高温氧化性能等传统合金无法比拟的有点，若用于硬质合金的粘结相则能有效提高其性能。CN102796933A公开了一种基于高熵合金粘结相的含氮硬质合金及其制备方法，高熵合金粘结相由铁、钴、镍、铬、铝、钒、钛、铜、锆、钼、锰中的至少四种组成，该方法是将WC粉、高熵合金粘结相和碳氮化物固溶体粉按预定配方称量后一起进行球磨混合，最后在1400℃-1480℃(升温速度1-3℃/min)保温0.5-1.5小时完成低压烧结。CN1827817A公开了一种高熵合金粘结剂与复合碳化物烧结的硬质合金及其制作方法，其特征是粘结相采用多元高熵合金，该粘结相所含有的主要金属元素包括铁、钴、镍、铬、铝、钛、钒、铜、锆、钼、锰，制备时将复合碳化物和粘结相的金属粉末在球磨筒内进行混合，接着把球磨筒放入球磨机内进行至少10小时的高能球磨，最后在真空条件下在1350℃-1500℃进行烧结。但是，现有的高熵合金粘结相硬质合金制备工艺中，多为先配制好多主元的高熵合金粘结相成分，然后这些原始粉末与硬质合金的其他成分一起进行混合，因此，各种粘结相成分粉末随机的分布于硬质相粉末颗粒之间，而不能保证这些多元粘结相成分在混合球磨和烧结过程中相互扩散发生固溶反应形成与设计目标成分一致的高熵合金。另一方面，烧结过程中升温速度较慢，保温时间较长，硬质相成分会向粘结相成分溶解，即使形成了高熵合金成分的粘结相，其成分也难以保持；这不仅不能获得真正的高熵合金粘结相，而且还会出现硬质相相对含量降低和晶粒长大的情况。因此，有必要开发新的高熵合金粘结相硬质合金制备方法。
技术实现思路
本专利技术针对目前采用粘结相粉末与硬质相粉末直接混合再进行真空烧结的方式难以获得真正的高熵合金粘结相，以及导致硬质相含量降低的问题，提出了制备非晶高熵合金粉末，再进行快速烧结制备的技术方案。本专利技术首先采用间歇式行星球磨制备出FeCoNiCuCr非晶态的高熵合金粘结相粉末；然后将非晶态的高熵合金粘结相粉末与硬质相粉末进行滚筒式球磨混合，制备出的混合料仍为非晶态；最后采用快速升温、短时保温的SPS烧结工艺使硬质合金中的非晶态的高熵合金粘结相发生结构弛豫完成晶化，非晶态向晶态转变的过程以及高熵合金自身的迟滞元素扩散效应使硬质相向粘结相中的溶解得到抑制，其粘结相是真正的高熵合金，从而制备出了高熵合金粘结相硬质合金。本专利技术的高熵合金粘结相硬质合金的制备方法，其特征在于依次包含以下步骤：(1)非晶态高熵合金粉末制备：称取各种原料粉末，按原子百分比Fe:Co:Ni:Cu:Cr＝1:1:1:(0.4～0.6):(0.4～0.6)将所称取的原料粉末进行行星球磨，球磨转速300～400r/min，球磨的球料比为10:1,采用直径为5mm的WC-6Co磨球，球磨时间72～120h，球磨4～6h间歇20min，球磨结束后经过过滤、干燥、过筛，制备成非晶态高熵合金粘结相粉末；(2)硬质相-非晶态高熵合金粘结相混合料制备：按重量百分比称取碳化物和非晶态高熵合金粉末，WC占49～97％，TiC占0～15％，TaC占0～8％，NbC占0～8％，非晶态高熵合金粘结相粉末占3～20％；将所称取的混合粉末进行滚筒式球磨混合，球磨转速52r/min，球磨的球料比为4:1,采用直径为8mm的WC-6Co磨球，球磨时间24～72h，经过过滤、干燥、过筛，制备成硬质相-非晶态高熵合金粘结相混合料；(3)高熵合金粘结相硬质合金制备：将硬质相-非晶态高熵合金粘结相混合料放入模具中进行SPS烧结，升温速度为100～150℃/min，加热到1400～1450℃，烧结压力为40～50MPa，保温5min，冷却出炉后制备出高熵合金粘结相硬质合金；烧结过程中的硬质合金的粘结相从非晶态转变为晶态，硬质相向粘结相中的扩散得到抑制，粘结相为单相面心立方结构高熵合金。本专利技术的高熵合金粘结相硬质合金的制备方法，其进一步的特征在于：(1)非晶态高熵合金粘结相粉末制备时，球磨介质为无水乙醇，其加量为粘结相粉末总重量的15～20％，球磨过程中充入0.03MPa氩气进行保护，球磨结束后采用400目筛网过滤，并在90～110℃下进行干燥，并经过100目过筛；(2)硬质相-非晶态高熵合金粘结相混合料制备时，球磨介质为无水乙醇，其加量为混合料粉末总重的25％，球磨结束后采用400目筛网过滤，并在90～110℃下进行干燥，并经过60目过筛；(3)高熵合金粘结相硬质合金制备时，起始真空度为2～5Pa，保温结束后随炉冷却。本专利技术的优点在于：(1)采用间歇式行星球磨可以确保预先形成非晶态高熵合金粘结相，而传统的工艺只是按高熵合金定义进行了成分设计，将各种粘结相和硬质相原料粉末在一起球磨，会导致各种成分被分散而无法确保高熵合金的形成，因此在烧结过程完成后通常形成的多元混合粘结相而非真正的高熵合金。(2)预先形成的高熵合金粘结相呈现非晶态，是为了使其在烧结阶段其发生晶化，利用这一晶化过程可抑制硬质相元素向粘结相的扩散。(3)高熵合金本身具有迟滞元素扩散效应，快速烧结时硬质相元素向粘结相的扩散难以进行。(4)SPS烧结工艺的升温速度快，保温时间短，可抑制硬质相元素向粘结相的扩散，有利于保持粘结相的高熵合金成分和结构，也有利于保持硬质合金中硬质相的相对含量，抑制硬质相晶粒长大。硬质相含量与设计目标一致，而且粘结相为高熵合金，有利于获得高性能的硬质合金。附图说明图1本专利技术方法制备高熵合金粘结相硬质合金的工艺示意图具体实施方式实例1：按以下步骤制备高性能新粘结相硬质合金：(1)非晶态高熵合金粘结相粉末制备：称取各种原料粉末，按原子百分比Fe:Co:Ni:Cu:Cr＝1:1:1:0.4:0.4；将所称取的原料粉末进行行星球磨，球磨转速500r/min，球磨的球料比为5:1,采用直径为4mm的WC-Co磨球，球磨介质为无水乙醇，其加量为粘结相粉末总重的17％，球磨过程中充入0.03MPa氩气进行保护，球磨时间4h，球磨1h间歇12min，球磨结束后采用400目筛网过滤，并在90℃下进行干燥，在经过100目过筛，制备成非晶态高熵合金粘结相粉末；(2)碳化物-非晶态高熵合金粉末的混合料制备：按重量百分比称取原料粉末，WC占90％，非晶态高熵合金粘结相粉末占10％；将所称取的混合粉末进行滚筒式球磨混合，球磨转速56r/min，球磨的球料比为3:1,采用直径为1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高熵合金粘结相硬质合金的制备方法，其特征在于依次包含以下步骤：(1)非晶态高熵合金粉末制备：称取各种原料粉末，按原子百分比Fe:Co:Ni:Cu:Cr＝1:1:1:(0.4～0.6):(0.4～0.6)将所称取的原料粉末进行行星球磨，球磨转速300～400r/min，球磨的球料比为10:1,采用直径为5mm的WC‑6Co磨球，球磨时间72～120h，球磨4～6h间歇20min，球磨结束后经过过滤、干燥、过筛，制备成非晶态高熵合金粘结相粉末；(2)硬质相‑非晶态高熵合金粘结相混合料制备：按重量百分比称取碳化物和非晶态高熵合金粉末，WC占49～97％，TiC占0～15％，TaC占0～8％，NbC占0～8％，非晶态高熵合金粘结相粉末占3～20％；将所称取的混合粉末进行滚筒式球磨混合，球磨转速52r/min，球磨的球料比为4:1,采用直径为8mm的WC‑6Co磨球，球磨时间24～72h，经过过滤、干燥、过筛，制备成硬质相‑非晶态高熵合金粘结相混合料；(3)高熵合金粘结相硬质合金制备：将硬质相‑非晶态高熵合金粘结相混合料放入模具中进行SPS烧结，升温速度为100～150℃/min，加热到1400～1450℃，烧结压力为40～50MPa，保温5min，冷却出炉后制备出高熵合金粘结相硬质合金；烧结过程中的硬质合金的粘结相从非晶态转变为晶态，硬质相向粘结相中的扩散得到抑制，粘结相为单相面心立方结构高熵合金。...

【技术特征摘要】
1.一种高熵合金粘结相硬质合金的制备方法，其特征在于依次包含以下步骤：(1)非晶态高熵合金粉末制备：称取各种原料粉末，按原子百分比Fe:Co:Ni:Cu:Cr＝1:1:1:(0.4～0.6):(0.4～0.6)将所称取的原料粉末进行行星球磨，球磨转速300～400r/min，球磨的球料比为10:1,采用直径为5mm的WC-6Co磨球，球磨时间72～120h，球磨4～6h间歇20min，球磨结束后经过过滤、干燥、过筛，制备成非晶态高熵合金粘结相粉末；(2)硬质相-非晶态高熵合金粘结相混合料制备：按重量百分比称取碳化物和非晶态高熵合金粉末，WC占49～97％，TiC占0～15％，TaC占0～8％，NbC占0～8％，非晶态高熵合金粘结相粉末占3～20％；将所称取的混合粉末进行滚筒式球磨混合，球磨转速52r/min，球磨的球料比为4:1,采用直径为8mm的WC-6Co磨球，球磨时间24～72h，经过过滤、干燥、过筛，制备成硬质相-非晶态高熵合金粘结相混合料；(3)高熵合金粘结相硬质合...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨梅，罗霞，龙剑平，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：四川,51