CN106893923A - 一种刀具用多主元合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种刀具用多主元合金，多主元合金由金属粉末制成，多主元合金的化学式为AlxCoCuFeyMnNiZnz，按化学式称取各金属粉末置于球磨罐中，加适量不锈钢球，在惰性气体下将球磨罐密封；将密封球磨罐置于球磨机上进行混料；将混料后的粉末在惰性气体保护下装入石墨模具，将模具装入放电等离子烧结炉内；加载预压力，抽真空，升温并保温，即得多主元合金。本发明能够获得成分均匀的多主元合金材料，有效抑制金属间化合物的形成；该方法升温速度快，烧结温度低，生产效率高，产品组织细小均匀，可以得到高致密度的材料。
Description
技术领域
本发明属于金属材料及其制备领域，具体涉及一种刀具用多主元合金及其制备方法。
背景技术
传统合金大多数都是以一种金属为主体，通过添加少量或微量合金元素改变合金的相结构和显微结构，达到合金成分要求。这类合金能充分利用主体金属元素的特性（如塑性好， 熔点高），但也受主体金属元素的限制。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（5～35at%）多种（至少5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。多主元合金目前主要集中研究具有面心立方结构的CoCrFeNiCu与FeCoCrNiMn，和具有体心立方结构的CoCrFeNiAl与AlTiCrFeCoNi等高熵合金，或者在该合金的基础上添加一种或多种元素进行研究，对新型多主元合金体系的研究还有待进一步开发，从而提供更多更好性能的多主元合金。
发明内容
本发明提供了一种刀具用多主元合金及其制备方法，可以得到高致密度的材料。
实现本发明的技术方案是：一种刀具用多主元合金，多主元合金由金属粉末制成，多主元合金的化学式为AlxCoCuFeyMnNiZnz，其中0.1≤x≤1.2、0.1≤y≤1.2、0≤z≤1.2；且0.01<x/(x+y+z+4)<0.20、0.01<y/(x+y+z+4)<0.20、0≤z/(x+y+z+4)<0.20。
所述金属粉末的纯度大于99.5%。
所述的刀具用多主元合金的制备方法，步骤如下：
（1）将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起来；
（2）将步骤（1）密封的球磨罐置于球磨机上进行混合得到混料；
（3）将步骤（2）得到的混料惰性气体保护下装入石墨模具，再将石墨模具装入放电等离子烧结炉内；
（4）在石墨模具上加载一个初定预压力5-10MPa，之后将炉腔抽真空到100Pa以下，升温到900-1500℃，保温0.5-2h，烧结得多主元合金。
所述步骤（1）和步骤（3）中惰性气体为氩气或氮气。
所述步骤（2）中球磨机为行星式球磨机。
所述球磨机的转速为50~250rpm，时间为0.5-6h。
本发明的有益效果是：本发明方法制备的的多主元合金材料，能够有效抑制金属间化合物的形成；该方法加热均匀，升温速度快，烧结温度低，烧结时间短，生产效率高，产品组织细小均匀，能保持原材料的自然状态，可以得到高致密度的材料。
附图说明
图1是实施例1制备的多主元合金的X射线衍射图。
具体实施方式
实施例1
按化学式AlCoCuFeMnNi分别称取0.40mol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250rpm，时间为0.5h；将上述均匀混料后的粉末在氮气气体保护下装入石墨模具，再将石墨模具装入放电等离子烧结炉内；在石墨模具上加载一个初定预压力10MPa，再将炉腔抽真空到100Pa以下，快速升温到900℃，保温2h，烧结完成即得所需的多主元合金。
实施例2
按化学式AlCoCuFeMnNiZn分别称取0.40mol的铝粉、钴粉、铜粉、铁粉、锰粉、镍粉和锌粉，各种纯金属粉末的纯度均高于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200rpm，时间为1.5h；将上述均匀混料后的粉末在氮气气体保护下装入石墨模具，再将石墨模具装入放电等离子烧结炉内；在石墨模具上加载一个初定预压力9MPa，再将炉腔抽真空到100Pa以下，快速升温到1100℃，保温1.5h，烧结完成即得所需的多主元合金。
实施例3
按化学式Al0.6CoCuFeMnNiZn分别称取0.24mol的铝粉与0.40mol的钴粉、铜粉、铁粉、锰粉、镍粉和锌粉，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氮气气体保护下装入石墨模具，再将石墨模具装入放电等离子烧结炉内；在石墨模具上加载一个初定预压力8MPa，再将炉腔抽真空到100Pa以下，快速升温到1200℃，保温1h，烧结完成即得所需的多主元合金。
实施例4
按化学式AlCoCuFe0.6MnNiZn0.6分别称取0.40mol的铝粉、钴粉、铜粉、锰粉和镍粉与0.24mol的铁粉和锌粉，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100rpm，时间为4.5h；将上述均匀混料后的粉末在氮气气体保护下装入石墨模具，再将石墨模具装入放电等离子烧结炉内；在石墨模具上加载一个初定预压力6MPa，再将炉腔抽真空到100Pa以下，快速升温到1300℃，保温1h，烧结完成即得所需的多主元合金。
实施例5
按化学式Al0.1CoCuFeMnNiZn分别称取0.04mol的铝粉与0.40mol的钴粉、铜粉、铁粉、锰粉、镍粉和锌粉，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氮气气体保护下装入石墨模具，再将石墨模具装入放电等离子烧结炉内；在石墨模具上加载一个初定预压力5MPa，再将炉腔抽真空到100Pa以下，快速升温到1500℃，保温0.5h，烧结完成即得所需的多主元合金。
实施例6
按化学式AlCoCuFe0.1MnNiZn分别称取0.40mol的铝粉、钴粉、铜粉、锰粉、镍粉和锌粉与0.04mol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100rpm，时间为4.5h；将上述均匀混料后的粉末在氮气气体保护下装入石墨模具，再将石墨模具装入放电等离子烧结炉内；在石墨模具上加载一个初定预压力6MPa，再将炉腔抽真空到100Pa以下，快速升温到1300℃，保温1h，烧结完成即得所需的多主元合金。
实施例7
按化学式Al0.1CoCuFe1.2MnNiZn分别称取0.04mol的铝粉、0.40mol的钴粉、铜粉、锰粉、镍粉和锌粉与0.48mol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200rpm，时间为1.5h；将上述均匀混料后的粉末在氮气气体保护下装入石墨模具，再将石墨模具装入放电等离子烧结炉内；在石墨模具上加载一个初定预压力9MPa，再将炉腔抽真空到100Pa以下，快速升温到1100℃，保温1.5h，烧结完成即得所需的多主元合金。
实施例8
按化学式Al1.2CoCuFe0.1MnNiZn分别称取0.48mol的铝粉、0.40mol的钴粉、铜粉、锰粉、镍粉和锌粉与0.04mol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100rpm，时间为4.5h；将上述均匀混料后的粉末在氮气气体保护下装入石墨模具，再将石墨模具装入放电等离子烧结炉内；在石墨模具上加载一个初定预压力6MPa，再将炉腔抽真空到100Pa以下，快速升温到1300℃，保温1h，烧结完成即得所需的多主元合金。
实施例9
按化学式Al0.1CoCuFeMnNiZn1.2分别称取0.04mol的铝粉、0.40mol的钴粉、铜粉、铁粉、锰粉和镍粉与0.48mol的锌粉，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100rpm，时间为4.5h；将上述均匀混料后的粉末在氮气气体保护下装入石墨模具，再将石墨模具装入放电等离子烧结炉内；在石墨模具上加载一个初定预压力6MPa，再将炉腔抽真空到100Pa以下，快速升温到1300℃，保温1h，烧结完成即得所需的多主元合金。
Claims (6)
1.一种刀具用多主元合金，其特征在于多主元合金由金属粉末制成，多主元合金的化学式为AlxCoCuFeyMnNiZnz，其中0.1≤x≤1.2、0.1≤y≤1.2、0≤z≤1.2；且0.01<x/(x+y+z+4)<0.20、0.01<y/(x+y+z+4)<0.20、0≤z/(x+y+z+4)<0.20。
2.根据权利要求1所述的刀具用多主元合金，其特征在于：所述金属粉末的纯度大于99.5%。
3.权利要求1所述的刀具用多主元合金的制备方法，其特征在于步骤如下：
（1）将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起来；
（2）将步骤（1）密封的球磨罐置于球磨机上进行混合得到混料；
（3）将步骤（2）得到的混料惰性气体保护下装入石墨模具，再将石墨模具装入放电等离子烧结炉内；
（4）在石墨模具上加载一个初定预压力5-10MPa，之后将炉腔抽真空到100Pa以下，升温到900-1500℃，保温0.5-2h，烧结得多主元合金。
4.根据权利要求3所述的刀具用多主元合金的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）和步骤（3）中惰性气体为氩气或氮气。
5.根据权利要求3所述的刀具用多主元合金的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中球磨机为行星式球磨机。
6.根据权利要求5所述的刀具用多主元合金的制备方法，其特征在于：所述球磨机的转速为50~250rpm，时间为0.5-6h。
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