一种FeCoCu中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FeCoCu中熵合金粘结相硬质合金的制备方法，属于新型粘结相超细晶硬质合金的制备领域。本发明专利技术的制备方法包括如下步骤：1)通过溶液燃烧合成法制备FeCoCu前驱体粉末；2)通过机械合金化制备FeCoCu中熵合金粉；3)所得FeCoCu中熵合金粉与超细WC粉末以及成形剂等均匀混合，制得混合料并压制成形，4)成形坯体预烧脱除成形剂后，通过微波烧结制得WC

【技术实现步骤摘要】
一种FeCoCu中熵合金粘结相硬质合金的制备方法


[0001]本专利技术属于新型粘结相超细晶硬质合金的制备领域，具体涉及一种以FeCoCu中熵合金作粘结相超细晶硬质合金的快速制备方法。

技术介绍

[0002]WC
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Co基硬质合金是以WC作为硬质相，金属Co作为粘结相，通过粉末冶金工艺生产的一类合金。因其具有高硬度、高耐磨性、以及高抗压强度，作为工具材料广泛应用于军工、航天航空、机械加工、石油钻井、矿山工具、电子通讯、建筑等领域。但常规液相烧结制备WC
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Co硬质合金时，WC晶粒易长大，使得合金的性能变差。另一方面，随着Co在新能源材料、高温合金等领域应用扩大，其资源日益紧张。随着现代工业技术的发展，服役条件更加苛刻，对高性能硬质合金的需求日益增加，对其组织性能也提出新的要求。研究开发具有超细晶组织结构的新型粘低钴或无钴结相硬质合金具有重要意义。
[0003]中熵合金是三种金属元素按照等原子比或近等原子比形成的合金，因具有简单的晶体结构和低的堆垛层错，其强度高于其中任一组元的，并由于高韧性以及良好的断裂韧性，近年来受到越来越多的关注。Gao等(高鹏,马自豪,顾及,倪颂,索涛,李玉龙,宋旼,米耀荣,廖晓舟.CrCoNi中熵合金优异的高应变速率拉伸学性能(英文)[J/OL].Science China Materials:1
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9[2022
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01
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14].)通过真空感应熔炼制备了CrCoNi中熵合金，实验结果表明CrCoNi合金具有高强度的同时，表现出优异的塑性，是一种具有良好应用前景的合金材料。然而真空熔炼等方式制备中熵合金成本较高，难以应用于工业生产，机械合金化制备中熵合金粉则成本较低。机械合金化过程中若不添加无水乙醇等研磨介质则会导致各组元分布不均匀，影响试样性能；若加入研磨介质则会降低球磨能量，降低制备效率。公开号为CN109371307A的中国专利公开了一种以高熵合金粉末为粘结剂的WC基硬质合金的制备方法，但该专利要求直接使用高能球磨制备高熵合金粉。此方法未能成功制备成分均匀的高熵合金粉作为粘结相，导致硬质合金试样中组织不均匀，WC晶粒尺寸差别较大。
[0004]WC
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Co硬质合金的性能随着其中WC晶粒尺寸的减小而提高，WC晶粒通过溶解
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析出机制长大，难以获得超细晶硬质合金。使用快速烧结是解该问题的有效途径。然而众多快速烧结方式中放电等离子烧结、热压烧结等因其成本较高，无法实现大规模制备，难以应用于实际工业生产。微波烧结作为新型快速烧结方式，因其独特的烧结机制快速而整体加热材料，使得材料的烧结过程大大缩短，被广泛应用于陶瓷材料的制备。Ehsan Ghasali(Ghasali E,Alizadeh M,Ebadzadeh T,et al.Investigation on microstructural and mechanical properties of B4C
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aluminum matrix composites prepared by microwave sintering[J].Journal of Materials Research and Technology,2015,26(4).)使用微波烧结在850℃成功制备了晶粒尺寸均匀，力学性能优异的B4C
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Al陶瓷材料。目前尚未有报道使用微波烧结制备中熵合金粘结相硬质合金。
[0005]因此，通过对于粘结相的改进以及采用超细WC粉末作为原料结合微波烧结可以获得新型组织结构和性能优异的硬质合金，更好满足现代工业需求。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在提供一种FeCoCu中熵合金粘结相硬质合金的制备方法，用以解决硬质合金中碳化钨异常长大以及传统硬质合金性能难以满足现代工业需求的问题。
[0007]本专利技术为实现专利技术目的，采用如下技术方案：
[0008]一种FeCoCu中熵合金粘结相硬质合金的制备方法，其特征在于，按如下步骤进行：
[0009]步骤一、制备前驱体粉末
[0010]将硝酸钴、硝酸铜、硝酸铁以及甘氨酸按一定的摩尔比例溶于去离子水中，经超声振荡后得到混合溶液，将溶液在马弗炉中加热，得到疏松多孔的氧化物前驱体粉末。
[0011]步骤二、制备FeCoCu中熵合金粉末
[0012]将步骤一所得氧化物前驱体粉末充分研磨，经氢气还原，制得FeCoCu混合粉末，再经高能球磨、筛分后制得FeCoCu中熵合金粉末。
[0013]步骤三、制备WC
‑
FeCoCu粉末混合料
[0014]将步骤二所得FeCoCu中熵合金粉末与超细WC粉按一定质量比例混合，加入一定质量比的聚乙二醇(PEG)作为成形剂，无水乙醇作为介质，经球磨后所得混合料浆进行真空干燥、研磨筛分，制得WC
‑
FeCoCu粉末混合料。
[0015]步骤四、制备WC
‑
FeCoCu烧结体
[0016]将步骤三所得WC
‑
FeCoCu粉末混合料于钢模中以100
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300MPa压力压制成形后，置于管式炉中在氢气气氛下脱除成形剂，然后置于微波烧结炉中在N2‑
H2混合气氛下进行微波烧结，制得WC
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FeCoCu硬质合金。
[0017]进一步地，步骤一中所述的硝酸钴、硝酸铜、硝酸铁、甘氨酸比例为1:1:1:(3
‑
9)。
[0018]进一步地，步骤一中所述混合溶液的加热温度为200
‑
350℃，加热时间为1
‑
5h。
[0019]进一步地，步骤二中所述氧化物前驱体粉末的还原温度为500
‑
750℃，还原时间为1
‑
4h。
[0020]进一步地，步骤二中所述高能球磨过程中的球料比为5:1
‑
20:1，球磨转速为100
‑
500rpm，球磨时间为12
‑
72h。
[0021]进一步地，步骤三中所述超细WC粉末的粒径范围为0.4
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0.8μm。
[0022]进一步地，步骤三中所述超细WC粉与FeCoCu中熵合金粉末质量比为7:3
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19:1，PEG为WC
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FeCoCu总质量的1％
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5％。
[0023]进一步地，步骤三中所述球磨过程中的球料比为3:1
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10:1，转速为100
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400rpm，球磨时间为12
‑
72h。
[0024]进一步地，步骤四中所述脱除成形剂的温度为400
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800℃，保温时间为1
‑
5h。
[0025]进一步地，步骤四中所述微波烧结温度为1100
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种FeCoCu中熵合金粘结相硬质合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法按以下步骤进行：步骤一、制备前驱体粉末将硝酸钴、硝酸铜、硝酸铁以及甘氨酸按一定的摩尔比例溶于去离子水中，经超声振荡后得到混合溶液，将溶液在马弗炉中加热，得到疏松多孔的氧化物前驱体粉末。步骤二、制备FeCoCu中熵合金粉末将步骤一所得氧化物前驱体粉末充分研磨，经氢气还原，制得FeCoCu混合粉末，再经高能球磨、筛分后制得FeCoCu中熵合金粉末。步骤三、制备WC
‑
FeCoCu粉末混合料将步骤二所得FeCoCu中熵合金粉末与超细WC粉按一定质量比例混合，加入一定质量比的PEG作为成形剂，无水乙醇作为介质，经球磨后所得混合料浆进行真空干燥、研磨筛分，制得WC
‑
FeCoCu粉末混合料。步骤四、制备WC
‑
FeCoCu烧结体将步骤三所得WC
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FeCoCu粉末混合料于钢模中以100
‑
300MPa压力压制成形后，置于管式炉中在氢气气氛下脱除成形剂，然后置于微波烧结炉中在N2‑
H2混合气氛下进行微波烧结，制得WC
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FeCoCu硬质合金。2.根据权利要求1所述的一种FeCoCu中熵合金粘结相硬质合金的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的硝酸钴、硝酸铜、硝酸铁、甘氨酸比例为1:1:1:(3
‑
9)。3.根据权利要求1所述的一种FeCoCu中熵合金粘结相硬质合金的制备方法，其特征在于，步骤一中所述混合溶液的加热温度为200
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350℃，加热时间为1
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5h。4.根据权利要求1所述的一种FeCoCu中熵合金粘结相硬质合金的制备方法，其特征在于，步骤二...

【专利技术属性】
技术研发人员：程继贵，陈睿智，王彬，陈鹏起，李雨阳，许荡，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：