一种高熵硬质合金刀具材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于硬质合金材料技术领域，涉及一种高熵硬质合金刀具材料及其制备方法与应用。其制备方法为：以单相高熵碳化物陶瓷作为硬质相，以单相高熵合金作为粘结相，采用二步放电等离子烧结法进行处理即得；其中，所述单相高熵碳化物陶瓷为(Hf

【技术实现步骤摘要】
一种高熵硬质合金刀具材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于硬质合金材料
，涉及一种高熵硬质合金刀具材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]硬质合金刀具材料的研究是随着材料科学及相关学科的进步而不断发展的。为解决硬质合金刀具材料硬度和韧性的矛盾，目前可采取的方法主要包括：1)通过减小粉末颗粒尺寸，制备“超一流”纳米硬质合金刀具材料；2)引入梯度结构，制备梯度硬质合金刀具材料；3)利用涂层技术，制备涂层硬质合金刀具材料；4)开发新型替Co粘结相硬质合金刀具材料。然而至今，尚未发现可以同时满足高速切削对于刀具优异的力学性能(高硬度、高韧性、高强度等)、抗氧化性及化学稳定性等要求的硬质合金刀具材料。例如，替Co粘结相硬质合金刀具材料研究虽然经历了金属替Co粘结相、金属间化合物替Co粘结相以及陶瓷替Co粘结相三个阶段，而金属替Co粘结相硬质合金刀具材料硬度、耐磨性、耐腐蚀性及抗氧化性表现不足，而金属间化合物及陶瓷粘结相硬质合金则强韧性较差。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种高熵硬质合金刀具材料及其制备方法与应用，本专利技术提供的高熵硬质合金刀具材料具有高温硬度、高耐磨性、高切削速度和精度、高韧性等优异性能。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0006]一方面，一种高熵硬质合金刀具材料的制备方法，以单相高熵碳化物陶瓷作为硬质相，以单相高熵合金作为粘结相，采用二步放电等离子烧结法进行处理即得；
[0007]其中，所述单相高熵碳化物陶瓷为(Hf
0.2
Zr
0.2
Ta
0.2
Nb
0.2
Ti
0.2
)C、(W
0.2
Zr
0.2
Ta
0.2
Nb
0.2
Ti
0.2
)C或(W
0.2
V
0.2
Ta
0.2
Nb
0.2
Ti
0.2
)C；
[0008]所述单相高熵合金为FeCoNiCrMn高熵合金。
[0009]高熵材料在显微组织控制方面具有较高的稳定性和灵活性，在性能方面可实现多种优异性能的组合。本专利技术拟将单相高熵碳化物陶瓷作为硬质合金的硬质相，单相高熵合金作为硬质合金的粘结相，有希望克服传统硬质合金的缺点，突破传统硬质合金的瓶颈。然而，基于机械合金化和粉末冶金制备高熵硬质合金材料，很难形成硬质相为单相高熵碳化物、粘结相为单相高熵合金的高熵硬质合金。经过实验发现，当采用HfC、ZrC、TaC、NbC、TiC(或WC、ZrC、TaC、NbC、TiC或WC、VC、TaC、NbC、TiC)五种碳化物陶瓷粉末及Fe、Co、Ni、Cr、Mn五种金属粉末为原料，进行二步放电等离子烧结时，可获得质相为单相高熵碳化物、粘结相为单相高熵合金的高熵硬质合金。而采用HfC、NbC、TaC、TiC、VC(或NbC、TaC、TiC、VC、ZrC或
HfC、NbC、TaC、VC、WC或HfC、TaC、TiC、WC、ZrC或HfC、TaC、TiC、VC、ZrC)五种碳化物陶瓷粉末及Fe、Co、Ni、Cr、Mn五种金属粉末为原料，进行二步放电等离子烧结时，硬质相无法形成单相高熵碳化物，即无法形成高熵硬质合金。
[0010]另一方面，一种高熵硬质合金刀具材料，由上述制备方法获得。
[0011]第三方面，一种上述高熵硬质合金刀具材料在制备高速切削刀具中的应用。
[0012]本专利技术的有益效果为：
[0013](1)本专利技术选择高熵碳化物陶瓷(Hf
0.2
Zr
0.2
Ta
0.2
Nb
0.2
Ti
0.2
)C、(W
0.2
Zr
0.2
Ta
0.2
Nb
0.2
Ti
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)C或(W
0.2
V
0.2
Ta
0.2
Nb
0.2
Ti
0.2
)C作为硬质相，选择FeCoNiCrMn高熵合金作为粘结相，采用二步放电等离子烧结制备了高熵硬质合金，打破了传统硬质合金材料设计瓶颈，在显微组织控制方面具有较高的稳定性和灵活性。
[0014](2)本专利技术制备的高熵硬质合金刀具材料在性能方面可实现多种优异性能的组合，基于高熵材料的鸡尾酒效应，可以通过控制元素种类，获得具有不同性能的高熵硬质相与高熵粘结相，进而可以调控硬质合金的性能，实现基于性能驱动的硬质合金刀具材料设计。相对传统WC
‑
Co硬质合金，高熵硬质合金硬度、强度、韧性同时得到了大幅度提升。
[0015](3)本专利技术采用的二步放电等离子烧结的方法可在抑制晶粒长大的情况实现高熵硬质合金刀具材料的完全致密化。
附图说明
[0016]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0017]图1为本专利技术实施例1中(Hf
0.2
Zr
0.2
Ta
0.2
Nb
0.2
Ti
0.2
)C
‑
6FeCoNiCrMn高熵硬质合金刀具材料的XRD图。
[0018]图2为本专利技术实施例2中(W
0.2
Zr
0.2
Ta
0.2
Nb
0.2
Ti
0.2
)C
‑
6FeCoNiCrMn高熵硬质合金刀具材料的XRD图。
[0019]图3为本专利技术实施例3中(W
0.2
V
0.2
Ta
0.2
Nb
0.2
Ti
0.2
)C
‑
6FeCoNiCrMn高熵硬质合金刀具材料的XRD图。
[0020]图4为本专利技术对比例的XRD图。
具体实施方式
[0021]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0022]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高熵硬质合金刀具材料的制备方法，其特征是，以单相高熵碳化物陶瓷作为硬质相，以单相高熵合金作为粘结相，采用二步放电等离子烧结法进行处理即得；其中，所述单相高熵碳化物陶瓷为(Hf
0.2
Zr
0.2
Ta
0.2
Nb
0.2
Ti
0.2
)C、(W
0.2
Zr
0.2
Ta
0.2
Nb
0.2
Ti
0.2
)C或(W
0.2
V
0.2
Ta
0.2
Nb
0.2
Ti
0.2
)C；所述单相高熵合金为FeCoNiCrMn高熵合金。2.如权利要求1所述的高熵硬质合金刀具材料的制备方法，其特征是，粘结相的质量分数为5～20％。3.如权利要求1所述的高熵硬质合金刀具材料的制备方法，其特征是，所述单相高熵碳化物陶瓷为粉末，平均粒度为100～500nm。4.如权利要求1所述的高熵硬质合金刀具材料的制备方法，其特征是，所述单相高熵合金为粉末，平均粒度为100～500nm。5.如权利要求1所述的高熵硬质合金刀具材料的制备方法，其特征是，二步放电等离子烧结法的过程为：在真空度保持在10Pa以下，按120～140℃/min...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙加林，赵乐，李晓，
申请(专利权)人：威海威硬工具股份有限公司，
类型：发明
国别省市：