CN108690982A - 一种多主元合金切削刀具涂层及其制备方法 - Google Patents

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王志新
卢金斌
席艳君
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Abstract

本发明公开了一种多主元合金切削刀具涂层及其制备方法，属于金属材料及其制备领域，其化学式为AlxCoCrFeMnyTiZnz，具体步骤为：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；球磨混料；将混料后的粉末为基准，向混料后的粉末中加入松节油透醇和乙基纤维素调制成糊状，将糊状混料涂制于基体上，烘干；在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。本发明能够获得成分均匀的多主元合金材料涂层，可以与多种基体材料有效结合，并可根据具体需求通过成分配比微调整满足不同工况情况下机加工刀具需求；同时制备工艺和生产设备简单，生产效率高，成本低，适用材料范围广。

Description

一种多主元合金切削刀具涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料及其制备领域，具体涉及一种多主元合金切削刀具涂层及其制备方法。
背景技术
涂层刀具通常以强韧性较好的硬质合金或高速钢为基体，采用沉积、熔覆或镀膜的方法将一层特定厚度的具有较高耐磨性的难熔金属、非金属氧化物或超硬材料等涂覆在刀具表面，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。
多主元合金刀具涂层作为一种新兴事物，由于元素种类较多，容易与多种基体材料进行有效结合，不仅可以充分发挥基体强韧性，同时与基体有较高的结合强度，可充分发挥多主元高熵合金的高强度、高硬度、高耐磨和抗回火稳定性，具有传统合金材料所不具备的独特优势。同时，可根据需要通过成分配比，可以调整多主元合金的强韧性，满足不同的机加工刀具需求。因此，开发新型的多主元合金切削刀具涂层具有广泛的应用前景。
发明内容
本发明提出了一种多主元合金切削刀具涂层及其制备方法，可以与多种基体材料有效结合，并可根据具体需求通过成分配比微调整满足不同工况情况下机加工刀具需求。
实现本发明的技术方案是：一种多主元合金切削刀具涂层，涂层由多主元高熵合金制成，多主元高熵合金按化学式AlxCoCrFeMnyTiZnz配制金属粉末，其中0.1≤x≤1.3；0.1≤y≤1.3；0.1≤z≤1.3；0.02≤x/(x+y+z+3)<0.25；0.02≤y/(x+y+z+3)<0.25；0.02≤z/(x+y+z+3)<0.25。
所述金属粉末的纯度高于99.5%。
所述的多主元合金切削刀具涂层的制备方法，步骤如下：
（1）称取金属粉末，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97 wt%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（2）中混料转速为30-100 rpm，时间为0.5-6 h。
所述步骤（4）中熔覆电流120-137 A，熔覆电压34 V，等离子弧移动速度为120-180mm/min。
所述步骤（1）中按化学式AlxCoCrFeMnyTiZnz配制金属粉末，其中0.1≤x≤1.3；0.1≤y≤1.3；0.1≤z≤1.3；0.02≤x/(x+y+z+3)<0.25；0.02≤y/(x+y+z+3)<0.25；0.02≤z/(x+y+z+3)<0.25。
所述步骤（1）中保护气体为氩气或氮气。
所述步骤（4）中基体为铝、铝合金、钛与钛合金中的任意一种
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材料涂层，有效抑制金属间化合物的形成；可以与多种基体材料有效结合，并可根据具体需求通过成分配比微调整满足不同工况情况下机加工刀具需求；同时制备工艺和生产设备简单，生产效率高，成本低，适用材料范围广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1制备的多主元合金涂层的X射线衍射图谱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种多主元合金切削刀具涂层的制备方法，步骤如下：
按化学式AlCoCrFeMnTiZn0.1分别称取0.430 mol的铝粉、钴粉、铬粉、铁粉、锰粉和钛粉与0.043 mol的锌粉，各种纯金属粉的纯度均高于99.5%；将称量好的上述原料置于球磨罐中，加入适量的不锈钢球，然后在氮气环境下将放有原料的球磨罐密封起来；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50 rpm，时间为2 h；在上述均匀混料后的粉末中加入97 wt%松节油透醇和3 wt%乙基纤维素调制成糊状，预制于基体上，在90℃下烘干；在预制有原料的基体材料上进行等离子熔覆，熔覆电流130 A，熔覆电压34 V，等离子弧移动速度为160 mm/min，熔覆完成即在基体上制备出所需的多主元合金涂层。
实施例2
一种多主元合金切削刀具涂层的制备方法，步骤如下：
按化学式Al0.1CoCrFeMnTiZn0.5分别称取0.043 mol的铝粉、0.430 mol的钴粉、铬粉、铁粉、锰粉和钛粉与0.215 mol的锌粉，各种纯金属粉的纯度均高于99.5 %；将称量好的上述原料置于球磨罐中，加入适量的不锈钢球，然后在氮气环境下将放有原料的球磨罐密封起来；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40 rpm，时间为4 h；在上述均匀混料后的粉末中加入97 wt%松节油透醇和3 wt%乙基纤维素调制成糊状，预制于基体上，在100 ℃下烘干；在预制有原料的基体材料上进行等离子熔覆，熔覆电流125 A，熔覆电压34 V，等离子弧移动速度为140 mm/min，熔覆完成即在基体上制备出所需的多主元合金涂层。
实施例3
一种多主元合金切削刀具涂层的制备方法，步骤如下：
按化学式AlCoCrFeMn0.1TiZn分别称取0.430 mol的铝粉、钴粉、铬粉、铁粉、钛粉和锌粉与0.043 mol的锰粉，各种纯金属粉的纯度均高于99.5 %；将称量好的上述原料置于球磨罐中，加入适量的不锈钢球，然后在氮气环境下将放有原料的球磨罐密封起来；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30 rpm，时间为6 h；在上述均匀混料后的粉末中加入97 wt%松节油透醇和3 wt%乙基纤维素调制成糊状，预制于基体上，在120℃下烘干；在预制有原料的基体材料上进行等离子熔覆，熔覆电流120 A，熔覆电压34 V，等离子弧移动速度为120 mm/min，熔覆完成即在基体上制备出所需的多主元合金涂层。
实施例4
一种多主元合金切削刀具涂层的制备方法，步骤如下：
按化学式Al1.3CoCrFeMn0.1TiZn分别称取0.559 mol的铝粉、0.430 mol的钴粉、铬粉、铁粉、钛粉和锌粉与0.043 mol的锰粉，各种纯金属粉的纯度均高于99.5 %；将称量好的上述原料置于球磨罐中，加入适量的不锈钢球，然后在氮气环境下将放有原料的球磨罐密封起来；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100 rpm，时间为0.5h；在上述均匀混料后的粉末中加入97 wt%松节油透醇和3 wt%乙基纤维素调制成糊状，预制于基体上，在80 ℃下烘干；在预制有原料的基体材料上进行等离子熔覆，熔覆电流137A，熔覆电压34 V，等离子弧移动速度为180 mm/min，熔覆完成即在基体上制备出所需的多主元合金涂层。
实施例5
一种多主元合金切削刀具涂层的制备方法，步骤如下：
按化学式Al0.1CoCrFeMn1.3TiZn分别称取0.043 mol的铝粉、0.430 mol的钴粉、铬粉、铁粉、钛粉和锌粉与0.559 mol的锰粉，各种纯金属粉的纯度均高于99.5 %；将称量好的上述原料置于球磨罐中，加入适量的不锈钢球，然后在氮气环境下将放有原料的球磨罐密封起来；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50 rpm，时间为2 h；在上述均匀混料后的粉末中加入97 wt%松节油透醇和3wt%乙基纤维素调制成糊状，预制于基体上，在100 ℃下烘干；在预制有原料的基体材料上进行等离子熔覆，熔覆电流125 A，熔覆电压34 V，等离子弧移动速度为120 mm/min，熔覆完成即在基体上制备出所需的多主元合金涂层。
实施例6
一种多主元合金切削刀具涂层的制备方法，步骤如下：
按化学式Al1.3CoCrFeMnTiZn0.1分别称取0.559 mol的铝粉、0.430 mol的钴粉、铬粉、铁粉、锰粉和钛粉与0.043 mol的锌粉，各种纯金属粉的纯度均高于99.5 %；将称量好的上述原料置于球磨罐中，加入适量的不锈钢球，然后在氩气环境下将放有原料的球磨罐密封起来；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60 rpm，时间为1 h；在上述均匀混料后的粉末中加入97 wt%松节油透醇和3 wt%乙基纤维素调制成糊状，预制于基体上，在80 ℃下烘干；在预制有原料的基体材料上进行等离子熔覆，熔覆电流130 A，熔覆电压34 V，等离子弧移动速度为160 mm/min，熔覆完成即在基体上制备出所需的多主元合金涂层。
实施例7
一种多主元合金切削刀具涂层的制备方法，步骤如下：
按化学式AlCoCrFeMn0.1TiZn1.3分别称取0.430 mol的铝粉、钴粉、铬粉、铁粉和钛粉、0.043 mol的锰粉与0.559 mol的锌粉，各种纯金属粉的纯度均高于99.5 %；将称量好的上述原料置于球磨罐中，加入适量的不锈钢球，然后在氩气环境下将放有原料的球磨罐密封起来；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40 rpm，时间为4h；在上述均匀混料后的粉末中加入97 wt%松节油透醇和3 wt%乙基纤维素调制成糊状，预制于基体上，在80 ℃下烘干；在预制有原料的基体材料上进行等离子熔覆，熔覆电流125A，熔覆电压34 V，等离子弧移动速度为120 mm/min，熔覆完成即在基体上制备出所需的多主元合金涂层。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多主元合金切削刀具涂层，其特征在于：涂层由多主元高熵合金制成，多主元高熵合金按化学式AlxCoCrFeMnyTiZnz配制金属粉末，其中0.1≤x≤1.3；0.1≤y≤1.3；0.1≤z≤1.3；0.02≤x/(x+y+z+3)<0.25；0.02≤y/(x+y+z+3)<0.25；0.02≤z/(x+y+z+3)<0.25。
2.根据权利要求1所述的多主元合金切削刀具涂层，其特征在于：所述金属粉末的纯度高于99.5%。
3.权利要求1所述的多主元合金切削刀具涂层的制备方法，其特征在于步骤如下：
（1）称取金属粉末，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97 wt%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。
4.根据权利要求3所述的多主元合金切削刀具涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中混料转速为30-100 rpm，时间为0.5-6 h。
5.根据权利要求3所述的多主元合金切削刀具涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中熔覆电流120-137 A，熔覆电压34 V，等离子弧移动速度为120-180 mm/min。
6.根据权利要求3所述的多主元合金切削刀具涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中按化学式AlxCoCrFeMnyTiZnz配制金属粉末，其中0.1≤x≤1.3；0.1≤y≤1.3；0.1≤z≤1.3；0.02≤x/(x+y+z+3)<0.25；0.02≤y/(x+y+z+3)<0.25；0.02≤z/(x+y+z+3)<0.25。
7.根据权利要求3所述的多主元合金切削刀具涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中保护气体为氩气或氮气。
8.根据权利要求3所述的多主元合金切削刀具涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中基体为铝、铝合金、钛与钛合金中的任意一种。
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