[發明專利]多主元高熵合金材料及其在鉆頭加工中的應用

在審

• 申請號: 201910092718.0
• 申請日: 2019-01-30
• 公開（公告）號: CN109750179A
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 郁軍勝;劉陽陽;張路;張桂山
• 申請（專利權）人: 河南一工鉆業有限公司
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C30/02
• 代理公司: 鄭州科碩專利代理事務所(普通合伙) 41157
• 代理人: 徐園園

本發明針對現有技術中鉆頭強度、耐磨性欠佳，且熱穩定性不能滿足生產要求的問題，提供一種多主元高熵合金材料，并用其加工鉆頭，所述多主元高熵合金材料的化學式為Al_xCe_yCoCrCuFeSc_zZr，其中0.1≤x≤1.3；0.1≤y≤0.4；0.1≤z≤1.3；且0.01<x/(x+y+z+4)<0.25；0.01<y/(x+y+z+4)<0.10；0.01<z/(x+y+z+4)<0.25。本發明所述多主元高熵合金材料致密度高，而加工得到的鉆頭，其強度、耐磨性以及熱穩定性均有較大提高。

技術領域

本發明涉及多主元高熵合金材料技術領域，具體涉及多主元高熵合金材料及其在鉆頭加工中的應用。

背景技術

刀具是機械去除加工中不可缺少的工具，刀具的質量和性能直接影響工件的加工效率與表面質量。孔加工作為機加工中最常見的一種加工形式，大約占機加工三分之一的比重。此外，孔加工采用半封閉式切削，工作狀態變化劇烈，孔加工用鉆頭在加工過程中受力情況復雜，與車、銑、磨等其它切削方法有較大差異，對鉆頭材料的要求較高。鉆頭材料從20世紀初的高速鋼、硬質合金鑄件過渡到現在的超硬材料、涂層刀具等。多主元高熵合金含有至少5種以上合金元素，每種元素摩爾比均不超過35％，且形成簡單的物相結構，自2004年被首次報道以來，因其突破傳統合金設計理念，且具有高硬度、高耐磨、耐腐蝕、耐回火軟化等優異性能而受到廣泛關注，尤其得益于多主元高熵合金具有較高的熵值和原子不易擴散的特性，容易獲得熱穩定性高的固溶體相和納米結構，甚至非晶結構。這些優良的性能符合鉆頭關鍵的性能要求，因此，開發和設計鉆頭用新型多主元合金材料具有廣闊的市場前景。

發明內容

本發明針對現有技術中鉆頭強度、耐磨性欠佳，且熱穩定性不能滿足生產要求的問題，提供一種多主元高熵合金材料，并用其加工鉆頭，該多主元高熵合金材料致密度高，而加工得到的鉆頭，其強度、耐磨性以及熱穩定性均有較大提高。

一種多主元高熵合金材料，所述多主元高熵合金材料的化學式為Al_xCe_yCoCrCuFeSc_zZr，其中0.1≤x≤1.3；0.1≤y≤0.4；0.1≤z≤1.3；且0.01<x/(x+y+z+4)<0.25；0.01<y/(x+y+z+4)<0.10；0.01<z/(x+y+z+4)<0.25。

所述多主元高熵合金材料在加工鉆頭中的應用。

所述多主元高熵合金材料在加工鉆頭中的應用，具體步驟如下：

(1)按所述化學式分別取Al、Co、Cr、Cu、Fe、Sc和Zr的金屬粉末，且Ce以CeO₂的形式加入，然后將上述金屬粉末和CeO₂混合，并在保護氣體環境下將球磨得到混料；

(2)將步驟(1)所得混料在保護氣體環境下裝入用于加工鉆頭的石墨模具，再將該石墨模具裝入放電等離子燒結爐內；

(3)在步驟(2)所述石墨模具上加壓后，在1000-1400℃真空燒結0.5-3h即得鉆頭。

優選地，所述步驟(1)中，金屬粉末的純度均高于99.5％，所述CeO₂的純度高于99.9％。

優選地，所述步驟(1)和步驟(2)中，保護氣體為氬氣或氮氣。

優選地，所述步驟(1)中，球磨時所用的球磨機為行星式球磨機，球磨機的轉速為50～250rpm，球磨時間為0.5-6h。

優選地，所述步驟(1)中，球磨時，不銹鋼球與混料的球料質量比為5-10:1。

優選地，所述步驟(3)中，加壓壓力為20-35MPa。