[发明专利]一种切削刀具用多主元合金涂层及其制备方法

说明书

本发明提供了一种切削刀具用多主元合金涂层及其制备方法，属于金属材料及其制备领域，该多主元合金的化学式为Al_xCoCuMn_yNiZn_z，其中0.1≤x≤1.3；0.1≤y≤1.3；0.1≤z≤1.3；0.02≤x/(x+y+z+3)0.30；0.02≤y/(x+y+z+3)0.30；0.02≤z/(x+y+z+3)0.30。本发明方法制备的多主元高熵合金材料成分与原料配比成分一致；可以与多种基体材料有效结合，并可根据工件的具体使用情况通过微调多主元合金成分和结构来满足不同的刀具性能变化的需求；设备简单，生产效率高，适用范围广。

技术领域

本发明涉及金属材料及其制备领域，具体涉及一种切削刀具用多主元合金涂层及其制备方法。

背景技术

机械制造业是国民经济和社会发展的物质基础，是衡量一个国家综合实力的重要标志。切削加工是机械制造业中重要的组成部分。高速切削加工具有生产效率高、加工精度高、表面质量好等特点，是切削加工技术的发展方向，可广泛应用于汽车、模具、机床等领域。但长期以来我国企业以购买设备为主，忽视基础理论和加工技术的研究与积累，影响了高速切削加工技术在我国的推广和应用。由于高速切削相比常规切削的工况条件更加恶劣，所以对刀具材料的要求标准更加严格，尤其是在高硬度、高耐磨、抗回火软化、耐腐蚀等方面更为苛刻，这就迫切需要寻找或设计新型高性能合金材料，来满足高速切削工况下刀具对材料性能的要求。

涂层可作为刀具与被加工工件间的化学和热屏障，有效减少化学反应和热量传递，使刀具磨损大幅降低。此外，相对于没有涂层的刀具基体，涂层刀具基体所受应力较小，容易发生切削刃的微脱落和加速磨损速度。同时，涂层刀具的工作温度较高，降低了氧化速率，磨损量也相应较低，其中断续加工较连续加工最高工作温度高。

多主元合金突破传统合金设计理念，以多主元近等摩尔比制备出具有结构简单的新型合金材料，且具有高强度、高硬度、高耐磨和抗回火稳定性等特点，具有传统合金材料所不具备的独特优势。通过设计与制备切削刀具用新型多主元高熵合金涂层具有重要意义和广阔的市场前景。

发明内容

本发明提出了一种切削刀具用多主元合金涂层及其制备方法，通过等离子熔覆的方法可以与多种基体材料达到冶金结合，且可根据工件的具体使用情况通过微调多主元合金成分和结构来满足不同的刀具性能变化的需求。

实现本发明的技术方案是：一种切削刀具用多主元合金涂层，该多主元合金的化学式为Al_xCoCuMn_yNiZn_z，其中0.1≤x≤1.3；0.1≤y≤1.3；0.1≤z≤1.3；0.02≤x/(x+y+z+3)0.30；0.02≤y/(x+y+z+3)0.30；0.02≤z/(x+y+z+3)0.30。

所述的切削刀具用多主元合金涂层的制备方法，步骤如下：

（1）按Al_xCoCuMn_yNiZn_z化学计量比称取所需的纯金属粉末，并将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起来；

（2）将步骤（1）密封好的球磨罐置于行星式球磨机上进行混料；

（3）以步骤（2）混料后的粉末为基准，向混料后的粉末中加入97wt%的松节油透醇和3wt%的乙基纤维素调制成糊状，将糊状混料涂制于基体上，在80-120℃下烘干；

（4）在步骤（3）中涂制混料的基体上进行等离子熔覆，熔覆完成得到多主元合金涂层。

所述步骤（1）纯金属粉末的纯度高于99.5%。

所述步骤（1）中保护气体为氩气或氮气。

所述步骤（2）中球磨机混料的转速为30-100rpm，时间为0.5-6h。