[發明專利]一種刀具用顆粒增強高熵合金復合材料制備方法

在審

• 申請號: 202211402690.4
• 申請日: 2022-11-10
• 公開（公告）號: CN115652125A
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 馮亞軍;閻光成;張紅燕;高永恒;陳洪勝;劉潤愛
• 申請（專利權）人: 太原工具廠有限責任公司;太原理工大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C30/00;B22F9/04;B22F10/28;B22F12/00;B22F10/64;B22F10/66;B22F12/90;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y40/20
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 程小娟

本發明提供刀具用顆粒增強高熵合金復合材料制備方法，屬于復合材料制備及應用的技術領域，采用激光增材制造打印技術制備碳化鎢顆粒增強高熵合金復合材料，在材料內部生成界面反應層，提高異質界面接合強度，通過高頻脈沖電流處理方法，降低或消除打印復合材料內部的氣孔、裂紋等缺陷，此制備方法工藝先進，數據精確翔實，制備的刀具用顆粒增強高熵合金復合材料內部硬質顆粒分布均勻，異質界面之間接合性能良好，相對與傳統刀具材料硬度可提高50%，可做刀具材料使用，是十分理想的制備刀具用顆粒增強金屬基復合材料的方法。

技術領域

本發明屬于復合材料制備及應用的技術領域，具體公開了一種刀具用顆粒增強高熵合金復合材料制備方法。

背景技術

與傳統的金屬材料相比，高熵合金具有更高的耐磨性、高硬度以及優異的抗老化、耐高溫性能，可滿足刀具用材料高耐磨性、耐熱性以及抗沖擊等要求，是一種優異的刀具用材料。將陶瓷顆粒添加到高熵合金內部，制備成顆粒增強高熵合金復合材料，可以進一步的提高刀具用顆粒增強高熵合金的物理和化學性能。

目前，制備顆粒增強金屬基復合材料的方法主要有真空熱壓燒結、機械合金化、放電等離子燒結以及增材制造技術。其中，增材制造技術具有材料的成分設計靈活、制備產品結構復雜多樣的優點，被廣泛應用于制備高端復雜零部件。相比與激光增材制造打印單一金屬材料，陶瓷顆粒的添加，使得復合粉末的球形度和粉末流動性降低，同時由于陶瓷顆粒和金屬基體物理和化學性能的差異，容易產生陶瓷顆粒的聚集以及界面接合性能差，產生氣孔、微裂紋等缺陷，降低打印復合材料的性能。

發明內容

本發明提供一種刀具用顆粒增強高熵合金復合材料制備方法，針對高熵合金優異的耐高溫、抗氧化以及高硬度的特性，結合陶瓷顆粒高的硬度以及耐高溫性能，采用激光增材制造打印技術制備陶瓷顆粒增強高熵合金刀具用高端復合材料，對打印后的材料采用高頻脈沖電流處理，改善材料內部氣孔、裂紋和殘余應力的問題，獲得高性能刀具用顆粒增強高熵合金復合材料，進而提高刀具的使用壽命和拓寬刀具的加工使用范圍。

本發明提供一種刀具用顆粒增強高熵合金復合材料制備方法，包括下述步驟：

S1，稱量金屬粉末

稱取鋁粉、鈷粉、鉻粉、鐵粉和鎳粉，按照原子比例為Al：Co：Cr：Fe：Ni=1：1：1：1：2.1的比例進行稱取，稱取后放入球磨罐中密封待用；

S2，高能球磨混粉制備高熵合金

將裝有鋁粉、鈷粉、鉻粉、鐵粉和鎳粉的五元粉末的球磨罐安裝在高能球磨機上固定夾緊，進行高能球磨，球磨時間為48h，球磨機轉速為1200r/min，球料比為5：1，球磨后為AlCoCrFeNi_2.1高熵合金；

S3，低能球磨碳化鎢和高熵合金的混合粉末

①稱取碳化鎢粉末和高熵合金粉末，按照質量比為WC:AlCoCrFeNi_2.1=1：9比例進行稱量，稱取后置于球磨罐中；

②將裝有WC和高熵合金粉的混合粉末的球磨罐安裝在行星式球磨機上固定夾緊，進行低能混粉，混粉時間為6h，球磨機轉速為200r/min，球料比為5：1，混粉后為WC與高熵合金的二元混合粉末；

S4，二元混合粉末的烘干

將制備的二元混合粉末置于干燥箱內，進行烘干，烘干溫度為120^oC，烘干時間為2h，烘干后取出備用；

S5，激光增材制造打印復合材料

按量稱取制備的二元混合粉末，置于選區激光打印機內部，選區激光打印機的工藝參數為：

激光功率：250～300W

掃描速度：500～800mm/s

打印層厚：50μm

打印旋轉角度：67^o ；

S6，脈沖電流處理顆粒增強高熵合金復合材料