【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于硬質合金材料，特別涉及一種高熵合金黏結相梯度硬質合金刀具材料及其制備方法。
技術介紹
1、公開該
技術介紹
部分的信息僅僅旨在增加對本專利技術的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。
2、硬質合金刀具占據刀具主體地位，占比高達70％，特別是發(fā)達國家90％以上的車刀和55％以上的銑刀均采用硬質合金材料制造，但傳統硬質合金刀具的黏結相(主要為co)金屬特性及“宏觀均質”結構，決定了其存在硬度和韌性的矛盾以及耐磨性和化學穩(wěn)定性表現不足，從而難以適應高速切削過程中的熱-力-化學多場耦合與交互作用。替co黏結相的研究經歷了四個階段，其中，金屬替co粘結相(如fe、ni等)硬質合金刀具材料硬度、耐磨性、耐腐蝕性及抗氧化性表現不足，而金屬間化合物(如feal、ni3al等)及陶瓷粘結相(al2o3、tic等)硬質合金則強韌性較差，高熵合金打破了傳統材料設計的瓶頸，在顯微組織控制方面具有較高的穩(wěn)定性和靈活性，在性能方面可實現多種優(yōu)異性能的組合，是一種最具潛力的替co黏結相，其相關研究剛剛起步。
3、梯度硬質合金刀具材料通過對組分和結構的合理裁剪與拼接，實現了刀具材料綜合性能最優(yōu)配置，從而提高了梯度功能硬質合金刀具對于高速切削非均勻多場耦合與交互作用的適應和抵抗能力。梯度硬質合金制備方法是隨著燒結新技術和燒結熱力學、動力學等的進步而不斷發(fā)展的，但現有工藝較為復雜，如固相燒結法為消除燒結體中的殘余孔隙，需要進行后續(xù)的熱等靜壓處理；而控制氣氛燒結法則須
4、專利技術人之前的專利cn116732405a公開了一種含有梯度高熵硬質合金的刀具材料及制備方法，表層包括：高熵碳化物、高熵合金和石墨烯；過渡層包括：高熵碳化物、高熵合金和wc硬質相；芯層包括高熵合金和wc硬質相。但其屬于高熵硬質合金，對于如何制備高熵合金黏結相硬質合金的問題未有涉及。
技術實現思路
1、為了解決上述問題，本專利技術提供一種高硬度、高強韌的高熵合金黏結相梯度硬質合金刀具材料，并且提供一種工藝簡便、適合工業(yè)化生產的制備方法。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：
3、本專利技術的第一個方面，提供了一種高熵合金黏結相梯度硬質合金刀具材料，包括：
4、由上到下依次分布的上表層、第一過渡層、芯層、第二過渡層、下表層；
5、所述上表層與下表層組成相同，由如下質量份的原料組成：wc?98.9～99.5份、高熵合金0.2～0.5份、石墨烯0.1～0.2份、碳化硅納米線0.2～0.4份；
6、所述第一過渡層和第二過渡層組成相同，由如下質量份的原料組成：wc?84.7～91.85份、高熵合金5～10份、zro2?3～5份、石墨烯0.05～0.1份、碳納米管0.1～0.2份；
7、所述芯層由如下質量份的原料組成：wc?96.85～94.7份、高熵合金10～15份、zro25～7份。
8、本專利技術引入高熵合金作為硬質合金替co黏結相，引入納米zro2實現相變強韌化，引入石墨烯梯度(自表及里含量降低)作為液相燒結過程黏結相梯度穩(wěn)定相，在表層引入碳化硅納米線作為石墨烯分散相并顯著提升wc材料致密化，在過渡層引入碳納米管作為石墨烯分散相，將高熵合金的微尺度無序與梯度結構的宏尺度有序相耦合，將石墨烯的可控分布及擇優(yōu)取向與高熵合金黏結相硬質合金的梯度結構演變關聯，通過液相+固相二步燒結，獲得高硬度、高強韌高熵合金黏結相梯度硬質合金刀具材料。
9、在一些實施例中，所述高熵合金由fe、co、ni、cr、mn、al中任意5種元素組成。
10、本專利技術的第二個方面，提供了一種高熵合金黏結相梯度硬質合金刀具材料的制備方法，包括：
11、等摩爾比稱取fe、co、ni、cr、mn、al中任意5種金屬粉末，分別制成金屬懸浮液，混合均勻，濕法球磨，干燥，得到高熵合金；
12、將石墨烯、碳納米管、碳化硅納米線、納米zro2分別制成懸浮液；
13、按照各梯度層的組成，分別將wc粉體、高熵合金粉體分別與納米相懸浮液混合，得到各梯度層粉體懸浮液，濕法球磨，干燥，得到各梯度層粉體；
14、采用分層鋪壓法裝料，將5層梯度粉體壓制成型，采用液相+固相二步放電等離子燒結，即得。
15、在一些實施例中，所述金屬懸浮液采用無水乙醇為分散溶劑，聚乙二醇為分散介質。
16、在一些實施例中，所述金屬懸浮液在100～105℃水浴加熱超聲分散1～2h。
17、在一些實施例中，所述石墨烯、碳納米管或碳化硅納米線的懸浮液中，加入相對石墨烯、碳納米管、碳化硅納米線質量80％～85％的復式分散劑。
18、在一些實施例中，所述復式分散劑由聚乙二醇：聚乙烯吡咯烷酮組成，二者的比例為1：1～1.5。
19、在一些實施例中，納米zro2的懸浮液分散采用無水乙醇為分散溶劑，加入相對納米zro2顆粒質量1.0％～1.5％的聚乙二醇配置而成。
20、在一些實施例中，所述液相+固相二步放電等離子燒結工藝的具體條件為：真空度保持在10pa以下，按150℃/min升溫至1400-1450℃，保溫1-5min然后按150℃/min冷卻至1250-1300℃保溫1-6h然后隨爐冷卻；在室溫至1200℃期間，壓力保持20mpa，1200-1250～1450℃壓力保持45mpa。
21、具體包括以下步驟：
22、(1)高熵合金粉體制備
23、按照等摩爾比稱取五種金屬粉末(fe、co、ni、cr、mn、al中任意5種)。采用無水乙醇為分散溶劑，聚乙二醇為分散介質，分別制備五種金屬懸浮液，在100℃水浴加熱超聲分散1h。在機械攪拌及超聲分散的情況下，將五種金屬懸浮液混合得到高熵合金懸浮液，繼續(xù)超聲分散1h。按一定的球料比加入磨球，球磨24h，然后在真空干燥箱中干燥，過篩即得高熵合金粉體。
24、(2)配料
25、表層按(98.9～99.5)wc-(0.2～0.5)高熵合金-(0.1～0.2)石墨烯-(0.2～0.4)碳化硅納米線質量配比，過渡層按(84.7～91.85)wc-(5～10)高熵合金-(3～5)zro2-(0.05～0.1)石墨烯-(0.1～0.2)碳納米管質量配比，芯層按(96.85～94.7)wc-(10～15)高熵合金-(5～7)zro2質量配比。
26、(3)納米相分散
27、石墨烯、碳納米管、碳化硅納米線分散采用無水乙醇為分散溶劑，加入相對石墨烯、碳納米管、碳化硅納米線質量80％的復式分散劑(聚乙二醇：聚乙烯吡咯烷酮＝1：1)配置成懸浮液，在100℃水浴加熱超聲分散60min。
28、納本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種高熵合金黏結相梯度硬質合金刀具材料，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的高熵合金黏結相梯度硬質合金刀具材料，其特征在于，所述高熵合金由Fe、Co、Ni、Cr、Mn、Al中任意5種元素組成。
3.一種高熵合金黏結相梯度硬質合金刀具材料的制備方法，其特征在于，包括：
4.如權利要求3所述的高熵合金黏結相梯度硬質合金刀具材料的制備方法，其特征在于，所述金屬懸浮液采用無水乙醇為分散溶劑，聚乙二醇為分散介質。
5.如權利要求3所述的高熵合金黏結相梯度硬質合金刀具材料的制備方法，其特征在于，所述金屬懸浮液在100～105℃水浴加熱超聲分散1～2h。
6.如權利要求3所述的高熵合金黏結相梯度硬質合金刀具材料的制備方法，其特征在于，所述石墨烯、碳納米管或碳化硅納米線的懸浮液中，加入相對石墨烯、碳納米管、碳化硅納米線質量80％～85％的復式分散劑。
7.如權利要求6所述的高熵合金黏結相梯度硬質合金刀具材料的制備方法，其特征在于，所述復式分散劑由聚乙二醇：聚乙烯吡咯烷酮組成，二者的比例為1：1～1.5。
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