核电现场取样专用无钴无碳FeCrNiCuAl高熵合金刀具及制备方法技术

本发明专利技术提供的核电现场取样专用无钴无碳FeCrNiCuAl高熵合金刀具制备方法，以该FeCrNiCuAl高熵合金为原料，采用激光增材制造或熔焊的手段，合成高熵合金材料，能够各元素之间的热膨胀系数、熔点、弹性模量等差异，还可以降低增材制造过程中出现的残余应力水平，避免硬脆相的析出，能够达到刀具的制造要求，制造出高强度的高熵合金。采用制备FeCrNiCuAl

【技术实现步骤摘要】
核电现场取样专用无钴无碳FeCrNiCuAl高熵合金刀具及制备方法


[0001]本专利技术涉及核电现场取样专用无钴无碳FeCrNiCuAl高熵合金刀具，以及该 FeCrNiCuAl高熵合金的制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着现代先进制造业对切削效率和切削质量的要求不断提高，Fe基、Ti基合金之类的传统合金无法满足对高速切削制造工艺的高要求，传统合金刀具的制备多是采用备料、制备贫碳合金粉末、制备烧结基体、渗碳处理和分步烧制来制备，或者采用粉碎、混合、模压、烧结来制备。采用传统合金刀具在做与核电站有关的切削实验时，由于不可避免地有碳元素的析出，对核电不锈钢力学性能、耐腐蚀性能影响很大，所以核电关键部件要严格控制碳含量范围。
[0003]因此，专利技术人需要研究设计出一种特殊合金，该特殊合金要求具备传统合金不曾有的优点，可同时兼顾高硬度、高耐磨性、高塑韧性等优异品质，采用不含有碳元素的特殊合金制备刀具，在做与核电站有关的切削实验时，在钻孔的过程中不会引起取样磨屑中含碳量的增加，以便于精准测试关键部件成分，确保性能可靠。
[0004]然而，在寻求特殊合金的制造生产过程中，在采用与传统合金不同的制备方法中，常用的技术方法有电弧熔化、粉末冶金、磁控溅射、电镀及化学气相沉积。但电弧熔化、粉末冶金制备的合金需要大量昂贵的金属粉末，大大增加了成本。而磁控溅射、电镀及化学气相沉积制备的合金厚度有限，因此也不适用于刀具的应用。
[0005]有鉴于此，需要对能够适用于核电站用的刀具用合金做进一步成分优化、制备优化的设计与研究。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供核电现场取样专用无钴无碳FeCrNiCuAl高熵合金刀具制备方法。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种核电现场取样专用无钴无碳FeCrNiCuAl高熵合金，所述高熵合金刀具采用FeCrNiCuAl高熵合金制得；以重量百分数计，所述FeCrNiCuAl高熵合金的组成为：
[0008]铁17
‑
27％
[0009]铬15
‑
25％；
[0010]镍18
‑
27％；
[0011]铝5
‑
15％；
[0012]铜余量。
[0013]优选地，以重量百分数计，所述FeCrNiCuAl高熵合金由铁22％，铬20％，镍23％，铜25％，铝10％配置而成。
[0014]优选地，所述FeCrNiCuAl高熵合金呈粉末状，所述FeCrNiCuAl高熵合金粉末的粒度为100目～350目。
[0015]优选地，所述FeCrNiCuAl高熵合金为呈块体状或者呈薄膜状。
[0016]进一步地，所述FeCrNiCuAl高熵合金经3D打印成型获得。
[0017]本专利技术的第二目的是提供一种如上述核电现场取样专用无钴无碳 FeCrNiCuAl高熵合金的制备方法，
[0018]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：核电现场取样专用无钴无碳 FeCrNiCuAl高熵合金刀具制备方法，包括如下步骤：
[0019](1)配料：按照目标成分配备金属铁、金属铬、金属镍、金属铜、金属铝；
[0020](2)熔炼：将配好的金属铁、金属铬、金属镍、金属铜、金属铝加入至中频感应炉中，通电加热使其熔化，炉前调整成分合格后，出炉；
[0021](3)真空气雾化：将经步骤(2)获得的合金溶液雾化获得合金粉末，其中，雾化介质为氩气；
[0022](4)干燥：将经步骤(3)雾化获得的合金粉末予以烘干；
[0023](5)筛分：由筛分机对经步骤(4)干燥获得的合金粉末进行筛分，筛出设定要求粒度范围的合金粉末，即为所需的粉末状的FeCrNiCuAl高熵合金。
[0024]优选地，将步骤(5)获得的FeCrNiCuAl高熵合金送入3D打印机中成型，获得呈块体状或者呈薄膜状的FeCrNiCuAl高熵合金，作为刀具熔焊用原料。
[0025]优选地，将步骤(5)获得的粉末状的FeCrNiCuAl高熵合金进行激光增材制造加工作为刀具原料。
[0026]优选地，所述步骤(2)的熔炼过程中，先向所述中频感应炉中加入少量配好的金属铁、金属铬、金属镍、金属铜、金属铝配料先熔炼，然后再将剩余的配料作为补料加入至熔化的合金溶液中。
[0027]本专利技术的第三目的是提供核电现场取样专用无钴无碳FeCrNiCuAl高熵合金刀具制备方法。
[0028]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：如上述的核电现场取样专用无钴无碳FeCrNiCuAl
0.5
高熵合金、FeCrNiCuAl
0.7
高熵合金、FeCrNiCuAl高熵合金制备成刀具的应用。
[0029]由于上述技术方案的运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：
[0030]1、本专利技术提供的核电现场取样专用无钴无碳FeCrNiCuAl高熵合金刀具制备方法，以该FeCrNiCuAl高熵粉末为原料，采用激光增材制造或熔焊的手段，合成高熵合金材料，能够有效缓各元素之间的热膨胀系数、熔点、弹性模量等差异，还可以降低增材制造过程中出现的残余应力水平，避免硬脆相的析出，能够达到刀具的制造要求，制造出高强度的高熵合金。采用制备FeCrNiCuAl
0.5
高熵合金、FeCrNiCuAl
0.7
高熵合金、FeCrNiCuAl高熵合金用于刀具，能有拥有较高的硬度、耐磨性以及耐腐蚀性，可广泛应用于如钻削、铰削、铣削等系列刀具。
[0031]2、激光增材制造作为制备高熵合金的新型技术，不仅能够设计多样的复杂形状，还能获得结构致密、组织均匀、性能优异的成型件。增材制造所得高熵合金的晶粒尺寸较小，元素分布均匀。利用激光增材制备的高熵合金，大大的提高了合金的硬度、耐磨性、耐蚀
性等方面。能够在一定程度上提高钻削、铰削、铣削等系列刀具的寿命，特别的，由于该高熵合金的成分及制备过程中均不会掺杂碳元素，使FeCrNiCuAl高熵合金能够满足核电站中较苛刻的刀具制造、使用要求，在做与核电站有关的切削实验时，在钻孔的过程中不会引起取样磨屑中含碳量的增加，以便于精准测试关键部件成分，确保性能可靠。
附图说明
[0032]图1为实施例1的FeCrNiCuAl
0.5
高熵合金的扫描电镜图片；
[0033]图2为实施例1的FeCrNiCuAl
0.7
高熵合金的扫描电镜图片；
[0034]图3为实施例1的FeCrNiCuAl高熵合金的扫描电镜图片；
[0035]图4为实施例2的激光器功率为800W时FeCrNiCuAl高熵合金的扫描电镜图片；
[0036]图5为实施例2的激光器功率为1000W时FeCrNiCuAl高熵合金的扫描电镜图片；
[0037]图6为实施例2的激光器功率为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.核电现场取样专用无钴无碳FeCrNiCuAl高熵合金刀具，其特征在于：所述高熵合金刀具采用FeCrNiCuAl高熵合金制得；以重量百分数计，所述FeCrNiCuAl高熵合金的组成为：铁 17
‑
27%；铬 15
‑
25%；镍 18
‑
27%；铝 5
‑
15%；铜 余量。2.根据权利要求1所述核电现场取样专用无钴无碳FeCrNiCuAl高熵合金刀具，其特征在于：以重量百分数计，所述FeCrNiCuAl高熵合金由铁22%，铬20%，镍23%，铜25%，铝10%配置而成。3.根据权利要求1所述核电现场取样专用无钴无碳FeCrNiCuAl高熵合金刀具，其特征在于：所述FeCrNiCuAl高熵合金呈粉末状，所述FeCrNiCuAl高熵合金粉末的粒度为100目～350目。4.根据权利要求1所述核电现场取样专用无钴无碳FeCrNiCuAl高熵合金刀具，其特征在于：所述FeCrNiCuAl高熵合金为呈块体状或者呈薄膜状。5.根据权利要求4所述核电现场取样专用无钴无碳FeCrNiCuAl高熵合金刀具，其特征在于：所述FeCrNiCuAl高熵合金经3D打印成型获得。6.一种如权利要求1所述核电现场取样专用无钴无碳FeCrNiCuAl高熵合金刀具制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：周攀科，李振丰，夏志新，张露，
申请(专利权)人：锑玛苏州精密工具股份有限公司，
类型：发明
国别省市：