CN107829009A - 一种多主元合金钻头及其制备方法 - Google Patents

一种多主元合金钻头及其制备方法 Download PDF

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翟彦召
刘瑞
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Abstract

本发明公开了一种多主元合金钻头及其制备方法，其化学组成AlxCoCrFeyMnzZrmMgr配制金属粉末，其中0.1≤x≤1.2、0.1≤y≤1.2、0.1≤z≤1.2、0.1≤m≤1.2、0<r≤1.2；且0.01<x/(x+y+z+m+r+2)<0.20、0.01<y/(x+y+z+m+r+2)<0.20、0.01<z/(x+y+z+m+r+2)<0.20、0.01<m/(x+y+z+m+r+2)<0.20、0<r/(x+y+z+m+r+2)<0.20，其制备方法包括：按化学组成称取各种金属粉末置于球磨罐中，加入适量过程控制剂和不锈钢球，在惰性气体环境下将上述球磨罐密封起来；将密封好的球磨罐置于行星式球磨机上进行高能球磨，得到多主元合金粉末；将上述粉末加入石墨模具内烧结即可得到刀头，将刀头焊接在基体上，即得多主元合金钻头。本发明制备的多主元合金钻头的组织与成分均匀，能有效抑制金属间化合物的形成；该制备方法工艺简单、粉末颗粒细小、生产效率高，且能制备熔沸点差异较大的多主元合金钻头。

Description

一种多主元合金钻头及其制备方法
技术领域
本发明属于多主元合金钻头领域，具体涉及一种多主元合金钻头及该钻头的制备方法。
背景技术
钻孔是机加工最主要的加工形式。钻头的失效模式有异常磨损、崩刃、断刀等。钻头用硬质合金主要是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能。多主元合金因具有很高的熵和原子不易扩散的特性，容易获得热稳定性高的固溶相和纳米结构，甚至非晶结构，使其具备较高的强度、耐磨性、耐热和耐腐蚀等性能。此外，根据特定需求设计不同的合金体系可以显示不同的特性。目前，多主元合金体系主要集中在含有铁钴镍系列，而多主元合金的体系种类还有很大的潜力值得挖掘，尤其是新型多主元合金体系的研究对多主元合金理论体系的完善和产品开发意义重大。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种多主元合金钻头及其制备方法。
本发明的目的是以下述方式实现的：
一种多主元合金钻头，按化学组成AlxCoCrFeyMnzZrmMgr配制金属粉末，其中0.1≤x≤1.2、0.1≤y≤1.2、0.1≤z≤1.2、0.1≤m≤1.2、0<r≤1.2；且0.01<x/(x+y+z+m+r+2)<0.20、0.01<y/(x+y+z+m+r+2)<0.20、0.01<z/(x+y+z+m+r+2)<0.20、0.01<m/(x+y+z+m+r+2)<0.20、0<r/(x+y+z+m+r+2) <0.20。
一种多主元合金钻头的制备方法，该制备方法步骤如下：
（1）将金属粉末置于球磨罐中，加入过程控制剂和不锈钢球，然后在惰性气体环境下将球磨罐密封起来；
（2）将步骤（1）中球磨罐置于球磨机上进行高能球磨，得到多主元合金粉末；
（3）将上述多主元合金粉末加入石墨模具内烧结即可得到刀头，将刀头焊接在基体上，即得多主元合金钻头。
步骤（1）中过程控制剂为硬脂酸或固态石蜡。
步骤（1）中惰性气体为氩气或氮气。
步骤（2）中球磨机为行星式球磨机。
球磨机的球磨转速为300~500rpm，球磨时间为4-24h。
金属粉末的纯度大于99.5%。
以金属粉末总质量为基准，过程控制剂的用量为0.5~2wt%。
烧结的温度为350~850℃，保温15~30min，压力100-150吨。
相对于现有技术，本发明制备的多主元合金钻头组织与成分均匀，能有效抑制金属间化合物的形成；该制备方法工艺简单、粉末颗粒细小、生产效率高，且能制备熔沸点差异较大的多主元合金钻头。
附图说明
图1是实施例1制备的多主元合金的X射线衍射图谱。
具体实施方式
实施例1
按化学式AlCoCrFeMnZrMg0.02分别称取0.40mol的铝粉、钴粉、铬粉、铁粉、锰粉和锆粉与0.008mol的镁粉，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1.5wt%的固态石蜡和适量的不锈钢球，然后在氩气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高能球磨，混料转速为400rpm，时间为12h，得到多主元合金粉末；将上述多主元合金粉末加入石墨模具内烧结即可得到刀头，烧结温度350℃，保温30min，压力150吨，将刀头焊接在基体上，即得多主元合金钻头。
实施例2
按化学式Al0.1CoCrFeMnZrMg分别称取0.04mol的铝粉与0.40mol的钴粉、铬粉、铁粉、锰粉、锆粉和镁粉，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1.5wt%的硬脂酸和适量的不锈钢球，然后在氮气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高能球磨，混料转速为300rpm，时间为20h，得到多主元合金粉末；将上述多主元合金粉末加入石墨模具内烧结即可得到刀头，烧结温度450℃，保温30min，压力140吨，将刀头焊接在基体上，即得多主元合金钻头。
实施例3
按化学式AlCoCrFe0.1MnZrMg分别称取0.40mol的铝粉、钴粉、铬粉、锰粉、锆粉和镁粉与0.04mol的铁粉，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2wt%的硬脂酸和适量的不锈钢球，然后在氮气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高能球磨，混料转速为300rpm，时间为24h，得到多主元合金粉末；将上述多主元合金粉末加入石墨模具内烧结即可得到刀头，烧结温度550℃，保温20min，压力140吨，将刀头焊接在基体上，即得多主元合金钻头。
实施例4
按化学式AlCoCrFeMn0.1ZrMg分别称取0.40mol的铝粉、钴粉、铬粉、铁粉、锆粉和镁粉与0.04mol的锰粉，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1.5wt%的硬脂酸和适量的不锈钢球，然后在氮气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高能球磨，混料转速为400rpm，时间为16h，得到多主元合金粉末；将上述多主元合金粉末加入石墨模具内烧结即可得到刀头，烧结温度650℃，保温20min，压力130吨，将刀头焊接在基体上，即得多主元合金钻头。
实施例5
按化学式AlCoCrFeMnZr0.1Mg分别称取0.40mol的铝粉、钴粉、铬粉、铁粉、锰粉和镁粉与0.04mol的锆粉，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1wt%的硬脂酸和适量的不锈钢球，然后在氮气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高能球磨，混料转速为500rpm，时间为8h，得到多主元合金粉末；将上述多主元合金粉末加入石墨模具内烧结即可得到刀头，烧结温度750℃，保温20min，压力120吨，将刀头焊接在基体上，即得多主元合金钻头。
实施例6
按化学式Al1.2CoCrFeMnZr0.6Mg分别称取0.48mol的铝粉、0.40mol的钴粉、铬粉、铁粉、锰粉和镁粉与0.24mol的锆粉，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0.5wt%的硬脂酸和适量的不锈钢球，然后在氩气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高能球磨，混料转速为500rpm，时间为4h，得到多主元合金粉末；将上述多主元合金粉末加入石墨模具内烧结即可得到刀头，烧结温度850℃，保温20min，压力100吨，将刀头焊接在基体上，即得多主元合金钻头。
实施例7
按化学式AlCoCrFe0.6Mn1.2ZrMg分别称取0.40mol的铝粉、钴粉、铬粉、锆粉和镁粉、0.24mol的铁粉与0.48mol的锰粉，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1wt%的硬脂酸和适量的不锈钢球，然后在氩气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高能球磨，混料转速为400rpm，时间为12h，得到多主元合金粉末；将上述多主元合金粉末加入石墨模具内烧结即可得到刀头，烧结温度850℃，保温15min，压力150吨，将刀头焊接在基体上，即得多主元合金钻头。
实施例8
按化学式AlCoCrFe1.2Mn0.6ZrMg分别称取0.40mol的铝粉、钴粉、铬粉、锆粉和镁粉、0.48mol的铁粉与0.24mol的锰粉，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1wt%的硬脂酸和适量的不锈钢球，然后在氩气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高能球磨，混料转速为400rpm，时间为12h，得到多主元合金粉末；将上述多主元合金粉末加入石墨模具内烧结即可得到刀头，烧结温度850℃，保温20min，压力100吨，将刀头焊接在基体上，即得多主元合金钻头。
实施例9
按化学式Al0.6CoCrFeMnZr1.2Mg分别称取0.24mol的铝粉、0.40mol的钴粉、铬粉、铁粉、锰粉和镁粉与0.48mol的锆粉，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2wt%的硬脂酸和适量的不锈钢球，然后在氩气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高能球磨，混料转速为300rpm，时间为24h，得到多主元合金粉末；将上述多主元合金粉末加入石墨模具内烧结即可得到刀头，烧结温度750℃，保温20min，压力120吨，将刀头焊接在基体上，即得多主元合金钻头。
实施例10
按化学式Al0.6CoCrFeMnZrMg1.2分别称取0.24mol的铝粉、0.40mol的钴粉、铬粉、铁粉、锰粉和锆粉与0.48mol的镁粉，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2wt%的硬脂酸和适量的不锈钢球，然后在氩气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高能球磨，混料转速为300rpm，时间为24h，得到多主元合金粉末；将上述多主元合金粉末加入石墨模具内烧结即可得到刀头，烧结温度650℃，保温20min，压力130吨，将刀头焊接在基体上，即得多主元合金钻头。
实施例11
按化学式Al0.5CoCrFeMnZrMg0.5分别称取0.20mol的铝粉和镁粉与0.40mol的钴粉、铬粉、铁粉、锰粉和锆粉，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1wt%的硬脂酸和适量的不锈钢球，然后在氩气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高能球磨，混料转速为400rpm，时间为12h，得到多主元合金粉末；将上述多主元合金粉末加入石墨模具内烧结即可得到刀头，烧结温度550℃，保温20min，压力140吨，将刀头焊接在基体上，即得多主元合金钻头。
实施例12
按化学式Al1.2CoCrFeMnZrMg分别称取0.48mol的铝粉与0.40mol的钴粉、铬粉、铁粉、锰粉、锆粉和镁粉，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1wt%的硬脂酸和适量的不锈钢球，然后在氩气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高能球磨，混料转速为400rpm，时间为12h，得到多主元合金粉末；将上述多主元合金粉末加入石墨模具内烧结即可得到刀头，烧结温度450℃，保温30min，压力140吨，将刀头焊接在基体上，即得多主元合金钻头。
实施例13
按化学式AlCoCrFeMn1.2ZrMg分别称取0.40mol的铝粉、钴粉、铬粉、铁粉、锆粉和镁粉与0.48mol的锰粉，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1wt%的硬脂酸和适量的不锈钢球，然后在氩气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高能球磨，混料转速为400rpm，时间为12h，得到多主元合金粉末；将上述多主元合金粉末加入石墨模具内烧结即可得到刀头，烧结温度350℃，保温30min，压力150吨，将刀头焊接在基体上，即得多主元合金钻头。
实施例14
按化学式AlCoCrFe1.2MnZrMg分别称取0.40mol的铝粉、钴粉、铬粉、锰粉、锆粉和镁粉与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1wt%的硬脂酸和适量的不锈钢球，然后在氩气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高能球磨，混料转速为400rpm，时间为12h，得到多主元合金粉末；将上述多主元合金粉末加入石墨模具内烧结即可得到刀头，烧结温度450℃，保温30min，压力140吨，将刀头焊接在基体上，即得多主元合金钻头。
实施例15
按化学式AlCoCrFeMnZr1.2Mg分别称取0.40mol的铝粉、钴粉、铬粉、铁粉、锰粉和镁粉与0.48mol的锆粉，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1wt%的硬脂酸和适量的不锈钢球，然后在氩气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高能球磨，混料转速为400rpm，时间为12h，得到多主元合金粉末；将上述多主元合金粉末加入石墨模具内烧结即可得到刀头，烧结温度550℃，保温20min，压力140吨，将刀头焊接在基体上，即得多主元合金钻头。
实施例16
按化学式AlCoCrFeMnZrMg1.2分别称取0.40mol的铝粉、钴粉、铬粉、铁粉、锰粉和锆粉与0.48mol的镁粉，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1wt%的硬脂酸和适量的不锈钢球，然后在氩气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高能球磨，混料转速为400rpm，时间为12h，得到多主元合金粉末；将上述多主元合金粉末加入石墨模具内烧结即可得到刀头，烧结温度650℃，保温20min，压力130吨，将刀头焊接在基体上，即得多主元合金钻头。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种多主元合金钻头，其特征在于：按化学组成AlxCoCrFeyMnzZrmMgr配制金属粉末，其中0.1≤x≤1.2、0.1≤y≤1.2、0.1≤z≤1.2、0.1≤m≤1.2、0<r≤1.2；且0.01<x/(x+y+z+m+r+2)<0.20、0.01<y/(x+y+z+m+r+2)<0.20、0.01<z/(x+y+z+m+r+2)<0.20、0.01<m/(x+y+z+m+r+2)<0.20、0<r/(x+y+z+m+r+2) <0.20。
2.一种如权利要求1所述多主元合金钻头的制备方法，其特征在于：该制备方法步骤如下：
（1）将金属粉末置于球磨罐中，加入过程控制剂和不锈钢球，然后在惰性气体环境下将球磨罐密封起来；
（2）将步骤（1）中球磨罐置于球磨机上进行高能球磨，得到多主元合金粉末；
（3）将上述多主元合金粉末加入石墨模具内烧结即可得到刀头，将刀头焊接在基体上，即得多主元合金钻头。
3.如权利要求2所述的多主元合金钻头的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中过程控制剂为硬脂酸或固态石蜡。
4.如权利要求2所述的多主元合金钻头的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中惰性气体为氩气或氮气。
5.如权利要求2所述的多主元合金钻头的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中球磨机为行星式球磨机。
6.如权利要求5所述的多主元合金钻头的制备方法，其特征在于：所述球磨机的球磨转速为300~500rpm，球磨时间为4-24h。
7.如权利要求2所述的多主元合金钻头，其特征在于：所述金属粉末的纯度大于99.5%。
8.如权利要求2所述的多主元合金钻头的制备方法，其特征在于：以金属粉末总质量为基准，过程控制剂的用量为0.5~2wt%。
9.如权利要求2所述的多主元合金钻头的制备方法，其特征在于：所述烧结的温度为350~850℃，保温15~30min，压力100-150吨。
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