CN106893920A - 一种高耐磨性多主元合金刀具及其制备方法 - Google Patents

一种高耐磨性多主元合金刀具及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及金属材料及其制备领域。一种高耐磨性多主元合金刀具及其制备方法，其化学式为AlxCoCuFeyMnNi。按化学式分别称取纯度高于99.5%各种纯金属粉末置于球磨罐中，加入适量的不锈钢球，然后在惰性气体环境下将放有纯金属粉末的球磨罐密封起来；将上述密封好的球磨罐置于行星式球磨机上进行混料；将上述均匀混料后的粉末在压机上进行温压成刀具坯料；将装有预制坯料的瓷舟置于真空烧结炉内进行高温烧结，从而得到目标产物。本发明方法能够获得成分均匀的多主元合金块刀具，有效抑制金属间化合物的形成；该方法工艺简单，设备成分低，操作可控，适于工业化大规模生产。

Description

一种高耐磨性多主元合金刀具及其制备方法
技术领域
本发明涉及多主元合金材料的制备方法，具体涉及一种高耐磨性多主元合金刀具及其制备方法。
背景技术
刀具失效形式主要表现为崩刃（后刀面崩刃和前刀面崩刃）和磨损（机械摩擦磨损、粘结磨损、扩散磨损、摩擦氧化磨损和疲劳磨损）。为了提高刀具性能，延长刀具使用寿命，可以通过对刀具表面进行处理，在保证刀具基体具备良好韧性的同时又使刀具具有较高的耐磨性。多主元合金跳出了单一元素为主的传统合金的设计思想，依靠近等摩尔比多种金属原子混合形成合金。此类合金有可能在通过合金化和加工后形成新型显微结构并具有优异性能，从而冲破传统金属材料性能极限，满足工业技术发展对材料的更高需求。目前，多主元合金的研究仍局限在含有FeCoNi的体系中，对新型多主元合金体系的研究还有待进一步开发，从而开发出更多更好性能的多主元合金。
发明内容
本发明针对上述问题，提出了高耐磨性多主元合金刀具及其制备方法。
实现本发明的技术方案是：一种高耐磨性多主元合金刀具，刀具由多主元合金制成，多主元合金按AlxCoCuFeyMnNi配制金属粉末，其中0.3≤x≤1.3；0.2≤y≤1.2；0.05<x/(x+y+4)<0.25；0.03<y/(x+y+4)<0.25。
所述金属粉末的纯度均高于99.5%。
所述的高耐磨性多主元合金刀具的制备方法，步骤如下：
（1）将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；
（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刀具坯料，压力为115-120kN，保压时间为1-7min，温度为150-400℃；
（4）将步骤（3）中的刀具坯料装入瓷舟，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，得到刀具。
所述步骤（1）中惰性气体为氩气或氮气。
所述球磨机为行星式球磨机。
球磨机的转速为50-250rpm，时间为0.5-6h。
本发明的有益效果是：本发明方法能够获得成分均匀的多主元合金块体材料，有效抑制金属间化合物的形成；该方法工艺简单，设备成本低，操作可控，适于工业化大规模生产。
附图说明
图1是实施例1制备的多主元合金AlCoCuFeMnNi的X射线衍射图谱。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
实施例1
按化学式AlCoCuFeMnNi分别称取0.43mol的铝粉、钴粉、铜粉、铁粉、锰粉和镍粉，各种纯金属粉的纯度均高于99.5%；将称量好的上述纯金属粉末置于球磨罐中，加入适量的不锈钢球，然后在氮气环境下将放有纯金属粉末的球磨罐密封起来；将上述密封好的球磨罐置于行星式球磨机上进行混料，混料转速为150rpm，时间为3h；将上述均匀混料后的粉末在压机上进行温压成刀具坯料，压力为118kN，保压时间为2分钟，温度范围为300℃；将装有预制坯料的瓷舟置于真空烧结炉内进行高温烧结，烧结温度为1550℃，时间为6h，从而得到目标产物。
实施例2
按化学式AlCoCuFe0.6MnNi分别称取0.43mol的铝粉、钴粉、铜粉、锰粉与镍粉和0.258mol的铁粉，各种纯金属粉的纯度均高于99.5%；将称量好的上述纯金属粉末置于球磨罐中，加入适量的不锈钢球，然后在氮气环境下将放有纯金属粉末的球磨罐密封起来；将上述密封好的球磨罐置于行星式球磨机上进行混料，混料转速为250rpm，时间为0.5h；将上述均匀混料后的粉末在压机上进行温压成刀具坯料，压力为115kN，保压时间为7分钟，温度范围为150℃；将装有预制坯料的瓷舟置于真空烧结炉内进行高温烧结，烧结温度为1650℃，时间为2h，从而得到目标产物。
实施例3
按化学式Al0.7CoCuFeMnNi分别称取0.301mol的铝粉和0.43mol的钴粉、铜粉、铁粉、锰粉和镍粉，各种纯金属粉的纯度均高于99.5%；将称量好的上述纯金属粉末置于球磨罐中，加入适量的不锈钢球，然后在氩气环境下将放有纯金属粉末的球磨罐密封起来；将上述密封好的球磨罐置于行星式球磨机上进行混料，混料转速为50rpm，时间为6h；将上述均匀混料后的粉末在压机上进行温压成刀具坯料，压力为120kN，保压时间为1分钟，温度范围为400℃；将装有预制坯料的瓷舟置于真空烧结炉内进行高温烧结，烧结温度为1500℃，时间为12h，从而得到目标产物。
实施例4
按化学式Al0.5CoCuFe0.5MnNi分别称取0.215mol的铝粉与铁粉和0.43mol的钴粉、铜粉、锰粉与镍粉，各种纯金属粉的纯度均高于99.5%；将称量好的上述纯金属粉末置于球磨罐中，加入适量的不锈钢球，然后在氩气环境下将放有纯金属粉末的球磨罐密封起来；将上述密封好的球磨罐置于行星式球磨机上进行混料，混料转速为150rpm，时间为3h；将上述均匀混料后的粉末在压机上进行温压成刀具坯料，压力为118kN，保压时间为2分钟，温度范围为300℃；将装有预制坯料的瓷舟置于真空烧结炉内进行高温烧结，烧结温度为1550℃，时间为6h，从而得到目标产物。
实施例5
按化学式Al0.3CoCuFeMnNi分别称取0.129mol的铝粉与0.43mol的钴粉、铜粉、铁粉、锰粉与镍粉，各种纯金属粉的纯度均高于99.5%；将称量好的上述纯金属粉末置于球磨罐中，加入适量的不锈钢球，然后在氩气环境下将放有纯金属粉末的球磨罐密封起来；将上述密封好的球磨罐置于行星式球磨机上进行混料，混料转速为250rpm，时间为0.5h；将上述均匀混料后的粉末在压机上进行温压成刀具坯料，压力为115kN，保压时间为7分钟，温度范围为150℃；将装有预制坯料的瓷舟置于真空烧结炉内进行高温烧结，烧结温度为1650℃，时间为2h，从而得到目标产物。
实施例6
按化学式AlCoCuFe0.2MnNi分别称取0.43mol的铝粉、钴粉、铜粉、锰粉和镍粉与0.086mol的铁粉，各种纯金属粉的纯度均高于99.5%；将称量好的上述纯金属粉末置于球磨罐中，加入适量的不锈钢球，然后在氩气环境下将放有纯金属粉末的球磨罐密封起来；将上述密封好的球磨罐置于行星式球磨机上进行混料，混料转速为50rpm，时间为6h；将上述均匀混料后的粉末在压机上进行温压成刀具坯料，压力为120kN，保压时间为1分钟，温度范围为400℃；将装有预制坯料的瓷舟置于真空烧结炉内进行高温烧结，烧结温度为1500℃，时间为12h，从而得到目标产物。
实施例7
按化学式Al0.3CoCuFe1.2MnNi分别称取0.129mol的铝粉、0.43mol的钴粉、铜粉、锰粉和镍粉与0.516mol的铁粉，各种纯金属粉的纯度均高于99.5%；将称量好的上述纯金属粉末置于球磨罐中，加入适量的不锈钢球，然后在氩气环境下将放有纯金属粉末的球磨罐密封起来；将上述密封好的球磨罐置于行星式球磨机上进行混料，混料转速为50rpm，时间为6h；将上述均匀混料后的粉末在压机上进行温压成刀具坯料，压力为120kN，保压时间为1分钟，温度范围为400℃；将装有预制坯料的瓷舟置于真空烧结炉内进行高温烧结，烧结温度为1500℃，时间为12h，从而得到目标产物。
实施例8
按化学式Al1.3CoCuFe0.2MnNi分别称取0.559mol铝粉、0.43mol的钴粉、铜粉、锰粉和镍粉与0.086mol的铁粉，各种纯金属粉的纯度均高于99.5%；将称量好的上述纯金属粉末置于球磨罐中，加入适量的不锈钢球，然后在氩气环境下将放有纯金属粉末的球磨罐密封起来；将上述密封好的球磨罐置于行星式球磨机上进行混料，混料转速为150rpm，时间为3h；将上述均匀混料后的粉末在压机上进行温压成刀具坯料，压力为118kN，保压时间为2分钟，温度范围为300℃；将装有预制坯料的瓷舟置于真空烧结炉内进行高温烧结，烧结温度为1550℃，时间为6h，从而得到目标产物。

Claims (6)

1.一种高耐磨性多主元合金刀具，其特征在于刀具由多主元合金制成，多主元合金按AlxCoCuFeyMnNi配制金属粉末，其中0.3≤x≤1.3；0.2≤y≤1.2；0.05<x/(x+y+4)<0.25；0.03<y/(x+y+4)<0.25。
2.根据权利要求1所述的刀具用高耐磨性多主元合金，其特征在于：所述金属粉末的纯度均高于99.5%。
3.权利要求1所述的高耐磨性多主元合金刀具的制备方法，其特征在于步骤如下：
（1）将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；
（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刀具坯料，压力为115-120kN，保压时间为1-7min，温度为150-400℃；
（4）将步骤（3）中的刀具坯料装入瓷舟，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，得到刀具。
4.如权利要求3所述的高耐磨性多主元合金刀具的制备方法，其特征在于在：所述步骤（1）中惰性气体为氩气或氮气。
5.如权利要求3所述的高耐磨性多主元合金刀具的制备方法，其特征在于在：所述球磨机为行星式球磨机。
6.如权利要求5所述的高耐磨性多主元合金刀具的制备方法，其特征在于在：球磨机的转速为50-250rpm，时间为0.5-6h。
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