一种具有核心-边缘结构的高熵钢结硬质合金的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有核心

【技术实现步骤摘要】
一种具有核心
‑
边缘结构的高熵钢结硬质合金的制备方法


[0001]本专利技术涉及硬质合金领域，尤其涉及一种具有核心
‑
边缘结构的高熵钢结硬质合金的制备方法。

技术介绍

[0002]目前，WC
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Co系列的硬质合金凭借自己优异的性能发展迅速，但是，目前的硬质合金制备领域面临原材料供应困难，成本高，材料(WC、Co)毒性大以及在高温、强酸碱等恶劣环境下效果差等问题。现在急需开发新型硬质合金来解决目前的形势。
[0003]高熵合金由5种或5种以上等摩尔或近等摩尔比例的元素组成，且每种元素的浓度在5
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35％之间。体系具有高的混合熵值，高的混合熵值能促进固溶体形成，抑制金属间化合物的形成；在高温下，体现出优异的性能。同时，此类合金具有严重的晶格畸变，这会促进纳米相的析出和非晶相的形成，并且能提高热稳定性。经查阅大量的资料，高熵合金的熔点，对碳化物的溶解度和润湿性等都满足作为粘结剂的条件。
[0004]铁作为一种优异的金属，应用范围十分广泛，而且韧性好，无毒性。有趣的是铁的成本极低，为钴价格的1/3左右，用它来替代钴做粘结剂可以极大地降低成本，对资源的节约与环境等都有很大的益处。碳化钛同样是因为与铁类似的优点，能够替代碳化钨，或者减少碳化钨的使用。此外，碳化钛作为一种轻量的碳化物，拥有较小的密度(4.93g/cm3)。在制备轻型硬质合金方面大放异彩，解决普通硬质合金质量大，运输困难的问题贡献自己的一份力量。
[0005]上述物质均为制备硬质合金的潜力材料，近年来也被人们所研究。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了弥补现有技术的不足，提供了一种具有核心
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边缘结构的高熵钢结硬质合金的制备方法，使得获得的高熵钢结硬质合金，成本低、环保性好，且能够在硬质相含量较少的情况下，仍具有极高的硬度、较好的强度和韧性，解决了现有技术中存在的难题。
[0007]本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
[0008]一种具有核心
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边缘结构的高熵钢结硬质合金的制备方法，包括如下步骤：
[0009]S1：制备单一固溶体的高熵合金粉末，其中高熵合金粉末的元素包括钴、铬、铁、镍、锰；
[0010]S2：按照重量百分比计，将50
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60％的碳化钛粉末、10
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20％的碳化钨粉末、15
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20％的铁粉、10
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15％的高熵合金粉末进行混合球磨处理，后干燥过筛得混合粉末，其中，球磨成型剂采用石蜡，球磨介质为无水乙醇；
[0011]S3：将混合粉末压制成型后烧结处理，烧结工艺为：450℃下进行脱蜡处理，流动氢气为80L/min；后在<10Pa的真空气氛中，以2.5
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3.5℃/min的升温速率升温至800℃，保温1h；后以1.0
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2.0℃/min的升温速率升温至1150℃，保温30min；后以1.0
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2.0℃/min的升温速率升温至1350℃，保温30min；最后以1.0
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2.0℃/min的升温速率升温至1490℃，保温1h，
随炉冷却至室温，既得。
[0012]进一步的，S3中，烧结工艺为：450℃下进行脱蜡处理，流动氢气为80L/min；后在<10Pa的真空气氛中，以3℃/min的升温速率升温至800℃，保温1h；后以1.5℃/min的升温速率升温至1150℃，保温30min；后以1.67℃/min的升温速率升温至1350℃，保温30min；最后以1.2℃/min的升温速率升温至1490℃，保温1h，随炉冷却至室温，既得。
[0013]优选的，为了获得性能更好的HSC硬质合金，S2中，按照重量百分比计，原料成分为55％的碳化钛粉末、15％的碳化钨粉末、20％的铁粉末和10％的高熵合金粉末。
[0014]优选的，S2中，球磨处理中，球料比为10:1,球为直径6.25mm的硬质合金球，球磨转速为60r/min，球磨时间为24h。
[0015]优选的，S2中，球磨处理后的干燥温度为80
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100℃，干燥时间为2
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3h，过筛选择100目筛网。
[0016]优选的，碳化钛粉末：纯度≥99.5％，氧含量≤0.28％，平均粒径为2
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4μm；铁粉：纯度≥99.6％，氧含量≤0.12％，粒径
‑
200目；高熵合金粉末：纯度≥99.5％，氧含量≤0.12％，平均粒径为25μm；碳化钨粉末：纯度≥99.5％，氧含量≤0.28％，平均粒径为2
‑
4μm。
[0017]优选的，S1中，高熵合金粉末的制备方法如下：按照等原子比或接近等原子比称取钴、铬、铁、镍、锰的金属块，后放入感应炉中熔炼，熔炼次数设为5
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6次，熔炼后注入雾化喷嘴雾化获得高熵合金粉末。
[0018]优选的，高熵合金粉末中，钴、铬、铁、镍、锰的纯度均不低于99.5％。
[0019]优选的，S3中，采用油压机进行压制，压力为200MPa。
[0020]本专利技术采用上述结构，所具有的优点是：
[0021]本专利技术获得的高熵钢结硬质合金，以碳化钛和碳化钨作为硬质相、铁和高熵合金作为粘结相，并通过特殊烧结工艺设计，有益于形成具有核心
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边缘结构(以下称为C
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R结构)的高熵钢结硬质合金，可以在硬质相含量较少的情况下，使其仍具有极高的硬度、较好的强度和韧性。此外，还具有质轻的优势，可以解决硬质合金质量大、运输困难的问题，适用范围广。
[0022]本专利技术获得的高熵钢结硬质合金，采用了潜力巨大的高熵合金，和低成本、无毒的铁和碳化钛，大大减少了稀缺资源钴和碳化钨的使用，在资源、环境保护以及健康安全等方面具有重要意义。
[0023]本专利技术获得的高熵钢结硬质合金，表面无脏化、脱碳、渗碳，且外形无变形等现象，质量较高。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例1中高熵合金粉末的微观图；
[0025]图2为本专利技术实施例1中高熵合金粉末的XRD图；
[0026]图3为本专利技术实施例1中球磨后混合粉末的微观图；
[0027]图4为本专利技术实施例1中球磨后混合粉末的XRD图；
[0028]图5为本专利技术实施例1中烧结工艺曲线图；
[0029]图6为C
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R结构形成机理图；
[0030]图7为本专利技术实施例1获得的高熵钢结硬质合金的金相图；
[0031]图8为图7的局部结构示意图。
具体实施方式
[0032]为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本专利技术进行详细阐述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有核心
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边缘结构的高熵钢结硬质合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：制备单一固溶体的高熵合金粉末，其中高熵合金粉末的元素包括钴、铬、铁、镍、锰；S2：按照重量百分比计，将50
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60％的碳化钛粉末、10
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20％的碳化钨粉末、15
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20％的铁粉、10
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15％的高熵合金粉末进行混合球磨处理，后干燥过筛得混合粉末，其中，球磨成型剂采用石蜡，球磨介质为无水乙醇；S3：将混合粉末压制成型后烧结处理，烧结工艺为：450℃下进行脱蜡处理，流动氢气为80L/min；后在<10Pa的真空气氛中，以2.5
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3.5℃/min的升温速率升温至800℃，保温1h；后以1.0
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2.0℃/min的升温速率升温至1150℃，保温30min；后以1.0
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2.0℃/min的升温速率升温至1350℃，保温30min；最后以1.0
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2.0℃/min的升温速率升温至1490℃，保温1h，随炉冷却至室温，既得。2.根据权利要求1所述的具有核心
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边缘结构的高熵钢结硬质合金的制备方法，其特征在于，S3中，烧结工艺为：450℃下进行脱蜡处理，流动氢气为80L/min；后在<10Pa的真空气氛中，以3℃/min的升温速率升温至800℃，保温1h；后以1.5℃/min的升温速率升温至1150℃，保温30min；后以1.67℃/min的升温速率升温至1350℃，保温30min；最后以1.2℃/min的升温速率升温至1490℃，保温1h，随炉冷却至室温，既得。3.根据权利要求1所述的具有核心
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边缘结构的高熵钢结硬质合金的制备方法，其特征在于，S2中，按照重量百分比计，原料成分为5...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜劲，王志鹏，马晓腾，梁釜，张重彦，孔祥民，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：