[发明专利]一种制作刀具的高熵合金材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种制作刀具的高熵合金材料及其制备方法，属于金属材料及其制备领域，多主元合金成分为Al_xCoCrFeMn_yTiMg_z，具体步骤为：按化学式称取各种金属粉末置于球磨罐中，加入不锈钢球，然后在惰性气体环境下将球磨罐密封；球磨混料；将混料后的粉末在压机上温压成齿轮坯料；将齿轮坯料装入瓷舟，将瓷舟置于真空烧结炉内进行烧结，得到目标齿轮。本发明方法能够获得成分均匀的多主元合金工件，有效抑制金属间化合物的形成；其合金相结构可根据成分微调实现单相到性能差异较大的多相转变，可设计性较强；所制备的多主元合金材料具有较高的硬度和耐磨性；生产设备和工艺简单，成本低，可控性强，易于工业化生产。

技术领域

本发明涉及金属材料及其制备领域，具体涉及一种制作刀具的高熵合金材料及其制备方法。

背景技术

在机械加工领域，刀具具有不可替代的重要作用。刀具材料的发展对机械加工行业具有重大意义。随着刀具材料的不断改进，可使得刀具的切削加工水平和效率在不断提高，同时刀具切削的范围也在不断扩大，比如难加工的钛合金、陶瓷等材料的高速切削。随着刀具的广泛应用和材料技术的快速发展，新型刀具材料不断涌现。

最初的碳钢刀具材料，因其含碳量高，耐磨性能好，但韧性和使用温度低，切削性能和加工效率不能满足机械加工的广泛需求。随之高速钢刀具材料的使用，其耐热和切削性能显著优于碳钢，得到了广泛使用。随着制造业中大量使用淬硬钢、高锰钢、耐磨铸铁等材料，高速钢刀具难以满足对此类材料的高速切削要求。这就需要开发新型刀具材料以满足工业需求。

多主元高熵合金自2004年被首次提出以来，因其合金设计理念与传统合金以一种或两种元素作为主元的思想有较大差异，同时制备出的高熵合金普遍具有较高的硬度、熔点、耐热性能、耐磨性等特点，且其合金相结构可根据成分微调实现单相到性能差异较大的多相转变，从而可实现不同切削环境下对刀具材料的不同性能需求。因多主元高熵合金性能与理论有别于传统合金，表现出了多种优异性能，且其合金组元较多可设计性较强，性能变化范围也较大，因此，多主元高熵合金刀具材料的研究具有广阔的应用空间。

发明内容

本发明提供一种制作刀具的新型多主元高熵合金材料及其制备方法，所制备的多主元合金材料具有较高的硬度和耐磨性；生产设备和工艺简单，成本低，可控性强，易于工业化生产。

实现本发明的技术方案是：一种制作刀具的高熵合金材料，合金材料按化学式Al_xCoCrFeMn_yTiMg_z称取金属粉末，其中0.1≤x≤1.2；0.1≤y≤1.2；0.1≤z≤1.2；0.02≤x/(x+y+z+3)<0.25；0.02≤y/(x+y+z+3)<0.25；0.02≤z/(x+y+z+3)<0.25。

所述金属粉末的纯度大于99.5%。

所述的制作刀具的高熵合金材料的制备方法，步骤如下：

（1）称取纯金属粉末置于球磨罐中，加入不锈钢球，然后在保护气体环境下将球磨罐密封；

（2）将步骤（1）的密封球磨罐置于球磨机上进行混料；

（3）将步骤（2）混料后的粉末在压机上温压成齿轮坯料，压力为115-120kN，保压时间为1-7min，温度为150-400℃；

（4）将步骤（3）中的齿轮坯料装入瓷舟，将瓷舟置于真空烧结炉内进行烧结，烧结温度为1500-1650℃，时间为2-12h，得到目标齿轮。

所述步骤（1）中保护气体为氩气或氮气。

所述步骤（2）中球磨机的转速为30-100rpm，时间为0.5-6h。