[发明专利]多主元高熵合金材料及其在丝锥加工中的应用

说明书

本发明针对现有技术中丝锥存在的使用缺陷，提供一种多主元高熵合金材料，并用其加工丝锥，所述合金材料的化学式为Al_xCoCrCuFeSc_yY_zZr，其中0.1≤x≤1.3、0.1≤y≤1.3、0.1≤z≤0.4；且0.01<x/(x+y+z+4)<0.25、0.01<y/(x+y+z+4)<0.25、0.01<z/(x+y+z+4)<0.10。该多主元高熵合金材料具有相对致密度高、组织结构细小均匀的特点，而加工得到的丝锥，其强度和耐磨性均有较大提高。

技术领域

本发明属于多主元高熵合金材料技术领域，具体涉及多主元高熵合金材料及其在丝锥加工中的应用。

背景技术

机械去除加工主要依靠刀具完成，被誉为“工业上的牙齿”，对机械制造业的发展有非常重要的作用。但在切削过程中刀具的磨损是不可避免的现象，直接影响切削加工的精度、表面粗糙度、加工质量、效率等。刀具的失效主要分为正常失效和非正常失效。正常失效主要是指刀具磨损至极限已无法使用必须更换的刀具磨损。正常失效的刀具除刀圈磨损不能正常使用外，其余部分正常；非正常失效主要为刀具刀圈没有达到磨损极限而因其它原因导致不能正常使用的失效情况，如：刀圈断裂、轴承损坏等。攻丝作为机加工过程中最困难的工序之一，是因为攻丝过程完全包围在工件材料中，丝锥与工件接触面积大、轴向摩擦大，且在加工过程中产生大量的热量和废屑等，均为丝锥攻丝过程中增加了难度，降低了其工作效率。同时由于螺纹连接在机械设备应用方面非常普遍，丝锥作为典型的内螺纹加工用刀具，因此，提高丝锥的强度和耐磨性具有重要意义。而多主元高熵合金突破传统合金设计理念，且具有高耐磨性、高耐腐蚀性、优异的热稳定性、高强度、高硬度和抗高温氧化性等优异特性，这些优良的性能符合丝锥关键的性能要求，因此，开发和设计高强高耐磨丝锥用新型多主元合金材料具有广阔的市场前景。

发明内容

本发明针对现有技术中丝锥存在的使用缺陷，提供一种多主元高熵合金材料，并用其加工丝锥，该多主元高熵合金材料具有相对致密度高、组织结构细小均匀的特点，而加工得到的丝锥，其强度和耐磨性均有较大提高。

一种多主元高熵合金材料，所述合金材料的化学式为Al_xCoCrCuFeSc_yY_zZr，其中0.1≤x≤1.3、0.1≤y≤1.3、0.1≤z≤0.4；且0.01<x/(x+y+z+4)<0.25、0.01<y/(x+y+z+4)<0.25、0.01<z/(x+y+z+4)<0.10。

所述多主元高熵合金材料在丝锥加工中的应用。

优选地，所述多主元高熵合金材料在丝锥加工中的应用，包括以下步骤：

(1)按照所述化学式中各元素的摩尔配比，分别取Al、Co、Cr、Cu、Fe、Sc和Zr的金属粉末，且Y以Y₂O₃的形式加入，然后将上述金属粉末和Y₂O₃混合，并在保护气体环境下将球磨得到混料；

(2)将步骤(1)得到的混料在保护气体环境下装入用于加工丝锥的石墨模具，再将该石墨模具装入放电等离子烧结炉内；

(3)在步骤(2)所述石墨模具上加压后，之后将放电等离子烧结炉的炉腔压力抽真空到100Pa以下，在900-1500℃烧结0.5-2h即得丝锥。

优选地，，所述步骤(1)中，金属粉末的纯度均大于99.5％，Y₂O₃的纯度大于99.9％。

优选地，，所述步骤(1)中，球磨时，不锈钢球与混料的球料质量比为5-10:1。

优选地，，所述步骤(1)中，所述步骤(1)中，球磨时所用的球磨机为行星式球磨机，球磨机的转速为30～100rpm，球磨时间为0.5-6h。