CN109161774A - 由高熵合金作为粘结剂的硬质碳化钨合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了由高熵合金作为粘结剂的硬质碳化钨合金及其制备方法，以多种金属粉末为配料，采用机械合金化法，制备得到高熵合金粉末；将高熵合金粉末与碳化钨粉末混合，采用球磨法对混合后的粉末进行充分研磨；在真空中采用放电等离子烧结法对混合粉末进行烧结，烧结后得到碳化钨硬质合金材料；本发明方法采用球磨法混粉和放电等离子烧结技术相结合，比传统WC/Co硬质合金硬度高出一倍以上；且高熵合金作粘结剂能够提高高温力学性能以及耐蚀性，相对的能够提高刀具的使用寿命；相比于Co，Al、Fe、Cr、Co、Ni成分的高熵合金粉在规模化生产情况下成本更低，因此具有良好的发展前景。
Description
【技术领域】
本发明属于硬质合金领域，尤其涉及由高熵合金作为粘结剂的硬质碳化钨合金及其制备方法。
【背景技术】
随着机械工业的发展，越来越多的高硬度、耐磨、难切削的工程材料被开发，工件材料的性能得到了提升，但这也导致了加工这些材料时刀具的磨损加剧。我国许多高端制造业的发展对高质量刀具需求越来越高，同时也推动了采用新技术、新结构的刀具不断涌现，不断丰富刀具品种。如在航空航天制造领域，随着钛合金、镍基合金、碳纤维等难加工材料的广泛应用，高速切削刀具的需求也不断的提高。
高熵合金一般包含5种元素以上，且其含量可在5％～35％范围内进行调节，因此，高熵合金的体系众多。高混合熵效应、迟缓扩散效应、晶格畸变效应、多元素调和效应等赋予了高熵合金独特的超级固溶体微观结构。与其他合金相比，高熵合金具有高强度、高硬度、高加工硬化、高耐磨、高温稳定性和耐蚀性等优异性能。
硬质合金由于其优异的耐磨性、韧性和强度等机械性能，被广泛应用于切割工具、模具、采矿工具和耐磨机械零件。硬质合金由两种不同的成分组成。硬相中有一个成分是高熔点、高硬度、低韧性的硬相。粘结剂相具有良好的润湿性、高韧性和较低的熔点。近几十年来，由于Co对WC具有良好的润湿性，Co/WC硬质合金得到了广泛的应用和发展。而钴元素是一种稀有的重要的战略性合金金属且Co元素的成本较高。此外，由于Co粘结剂的耐腐蚀性较低、耐高温性较差，限制了Co/WC硬质合金在强腐蚀介质和高温等恶劣条件下的应用。因而人们迫切地寻找一种新的粘合剂来代替Co元素。Ni3Al对WC的润湿性较好，可以提高WC基硬质合金的耐蚀性和机械性能。然而，Ni3Al化合物的晶间脆性使得Ni3Al/WC的应用变得困难。
【发明内容】
本发明的目的是提供由高熵合金作为粘结剂的硬质碳化钨合金及其制备方法，以解决现有技术中碳化钨合金硬度低，易腐蚀，耐高温性差的问题。
本发明采用以下技术方案：由高熵合金作为粘结剂的硬质碳化钨合金的制备方法，由以下步骤组成：
以多种金属粉末为配料，采用机械合金化法，制备得到高熵合金粉末；
将高熵合金粉末与碳化钨粉末混合，采用球磨法对混合后的粉末进行充分研磨；
在真空中采用放电等离子烧结法对混合粉末进行烧结，烧结后得到碳化钨硬质合金材料；
金属粉末为Al、Fe、Cr、Co和Ni；
碳化钨粉末占碳化钨粉末与高熵合金粉末总质量比的75％～95％，余量为高熵合金粉末。
进一步地，放电等离子烧结法中的烧结压力：30～50MPa。
进一步地，放电等离子烧结法中的升温速率：20～150℃/min，烧结温度：1000-1250℃，保温时间：5～20min。
进一步地，碳化钨粉末的粒径为0.4-75μm。
进一步地，机械合金化法中采用氩气进行保护，球料比为10:1，转速为300r/min，球磨时间为60h。
进一步地，球磨法中球料比5:1，转速：300r/min，混粉时间为：6h。
进一步地，采用5％高熵合金粉末与95％的碳化钨粉末制成硬质碳化钨合金，由以下步骤组成：
机械合金化法制粉，按等原子比1:1:1:1:1分别称取75μm的Al，Fe，Cr，Co，Ni单质粉末，并混合均匀；将粉末和磨球加入行星式高能球磨机的球磨罐中进行球磨，罐体材料及磨球的材质均为不锈钢，罐内加入两滴正庚烷作为表面活性剂，球磨罐内抽真空并充入99.99％氩气作保护气氛，充气过程重复三次；随球磨时间的延长，混合粉末逐步实现合金化，由多种单质粉末的混合粉末转变为具有无序体心立方结构相和有序体心立方结构相合金粉末，高能球磨过程中采用的球料比为10:1，转速为300r/min，球磨时间为60h；
球磨机混粉，将高熵合金粉末与粒径为75μm，纯度为99.9％的WC粉末通过行星式球磨机，选用陶瓷球磨罐和玛瑙珠进行混粉；混粉参数为：球料比5:1，转速：300r/min，混粉时间为：6h；
放电等离子烧结，采用放电等离子烧结设备对上述的混合粉末进行烧结，其工艺条件如下：装粉阶段，将混好的粉末放入烧结专用的石墨磨具中，石墨磨具内径29mm，上下垫块中放入等尺寸碳纸，对装好粉的磨具在室温下进行预压，压力为15MPa；将磨具放入烧结炉舱内，将上下垫块对准置于上下压头中心；对烧结炉抽真空至6×10-2Pa，烧结压力调节至30MPa；烧结阶段，通过电流控制温度，在900℃以下升温速率为150℃/min；900℃～1000℃升温速率保持在20℃/min，以便于将温度准确控制在1000℃；温度达到1000℃时保温10min；冷却阶段，保温时间结束停止烧结，电流归零，当温度冷却至室温时卸除压头压力，去真空，取出磨具进行脱膜；将磨具中的坯料通过机加工至满足刀具所需条件；
获得的WC硬质合金，其相结构为HCP相的WC以及M3W3C相和M3W9C4相，即M为Fe，Co，Cr，Ni结构；合金维氏硬度在孔隙分布区域为2500HV，孔隙分布较少区域硬度为2800HV，硬质合金的密度为12.7g/cm2。
进一步地，采用25％高熵合金粉末与75％的碳化钨粉末制成硬质碳化钨合金，由以下步骤组成：
机械合金化法制粉，按等原子比1:1:1:1:1分别称取75μm的Al，Fe，Cr，Co，Ni单质粉末，并混合均匀；将粉末和磨球加入行星式高能球磨机的球磨罐中进行球磨，罐体材料及磨球的材质均为不锈钢，罐内加入两滴正庚烷作为表面活性剂，球磨罐内抽真空并充入99.99％氩气作保护气氛，充气过程重复三次；随球磨时间的延长，混合粉末逐步实现合金化，由多种单质粉末的混合粉末转变为具有无序体心立方结构相和有序体心立方结构相合金粉末，高能球磨过程中采用的球料比为10:1，转速为300r/min，球磨时间为60h；
球磨机混粉，将高熵合金粉末与粒径为75μm，纯度为99.9％的WC粉末通过行星式球磨机，选用陶瓷球磨罐和玛瑙珠进行混粉，混粉参数为：球料比5:1，转速：300r/min，混粉时间为：6h；
放电等离子烧结，采用放电等离子烧结设备对上述的混合粉末进行烧结，其工艺条件如下：装粉阶段，将混好的粉末放入烧结专用的石墨磨具中，本次试验石墨磨具内径29mm，上下垫块中放入等尺寸碳纸，对装好粉的磨具在室温下进行预压，压力为15MPa，将磨具放入烧结炉舱内，将上下垫块对准置于上下压头中心；对烧结炉抽真空至6×10-2Pa，烧结压力调节至40MPa；烧结阶段，通过电流控制温度，在1150℃以下升温速率为50℃/min；1150℃～1250℃升温速率保持在20℃/min，以便于将温度准确控制在1250℃；温度达到1250℃时保温20min；冷却阶段，保温时间结束停止烧结，电流归零，当温度冷却至室温时卸除压头压力，去真空，取出磨具进行脱膜；将磨具中的坯料通过机加工至满足刀具所需条件；
获得的WC硬质合金，其相结构为HCP相的WC以及M3W3C相和M3W9C4相即M为Fe，Co，Cr，Ni结构；合金维氏硬度为1900HV有所降低，硬质合金的密度为11.2g/cm2，合金孔隙为10μm-20μm的棒状孔隙。
一种由高熵合金作为粘结剂的硬质碳化钨合金，包括采用上述方法制备得到的含Al、Fe、Cr、Co和Ni的碳化钨硬质合金，硬质合金的密度为11.2-13.45g/cm2，维氏硬度为1900HV～2800HV；在硬质合金内存在5μm～50μm的圆形或棒状孔隙；硬质合金内部结构含有为密排六方结构的WC以及M3W3C相和M3W9C4。
本发明的有益效果是：本发明方法采用球磨法混粉和放电等离子烧结技术相结合，以Al、Fe、Cr、Co、Ni成分的高熵合金替代Co作为WC的粘结剂，比传统WC/Co硬质合金硬度高出一倍以上；且高熵合金作粘结剂能够提高高温力学性能以及耐蚀性，相对的能够提高刀具的使用寿命；相比于Co，Al、Fe、Cr、Co、Ni成分的高熵合金粉在规模化生产情况下成本更低，因此具有良好的发展前景。
【附图说明】
图1为实施例1制备的高硬度硬质合金，WC粒径为75μm，5％Al、Fe、Cr、Co、Ni成分的高熵合金制得的碳化钨合金扫描电镜图；
图2为实施例2制备的高硬度硬质合金，WC粒径为75μm，5％Al、Fe、Cr、Co、Ni成分的高熵合金制得的碳化钨合金扫描电镜图；
图3为实施例3制备的高硬度硬质合金，WC粒径为1μm，10％Al、Fe、Cr、Co、Ni成分的高熵合金制得的碳化钨合金扫描电镜图；
图4为实施例4制备的高硬度硬质合金，WC粒径为400nm，10％Al、Fe、Cr、Co、Ni成分的高熵合金制得的碳化钨合金扫描电镜图。
【具体实施方式】
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明公开了由高熵合金作为粘结剂的硬质碳化钨合金的制备方法，以多种金属粉末为配料，采用机械合金化法，制备得到高熵合金粉末；将高熵合金粉末与碳化钨粉末混合，采用球磨法对混合后的粉末进行充分研磨；在真空中采用放电等离子烧结法对混合粉末进行烧结，烧结后得到碳化钨硬质合金材料；金属粉末为Al、Fe、Cr、Co和Ni；碳化钨粉末占碳化钨粉末与高熵合金粉末总质量比的75％～95％，余量为高熵合金粉末。
一种由高熵合金作为粘结剂的硬质碳化钨合金的制备方法，由以下步骤组成：
步骤1：机械合金化法制粉
将粒径为75μm，纯度为99.99％的高纯Al，Fe，Cr，Co，Ni粉末以等原子百分比进行混合后球磨，将球磨罐抽至真空并通入氩气保护气，重复三次，将球磨罐固定于行星式球磨机上制备出含Al、Fe、Cr、Co和Ni的高熵合金粉末。
球磨工艺条件为：球料比1:10，转速300r/min，球磨时间：60h。
步骤2：球磨法混粉
质量百分比5％-25％高熵合金粉末与粒径为500μm～400nmWC粉末进行混粉。
混粉工艺条件为：球料比5:1，球磨机转速300r/min，混粉时间6h。
步骤3：放电等离子烧结
采用放电等离子烧结设备将步骤二得到的粉末进行烧结：
烧结设备：放电等离子烧结设备
烧结电流类型：直流脉冲电流
烧结压力：30～50MPa
烧结温度：1000-1250℃
升温速率：20-150℃/min
保温时间：5-20min
本发明还公开了一种由高熵合金作为粘结剂的硬质碳化钨合金，由上述方法制备得到的含Al、Fe、Cr、Co和Ni的碳化钨硬质合金，硬质合金的密度为11.2～13.45g/cm2，维氏硬度为1900HV～2800HV；在硬质合金内存在5μm～50μm的圆形或棒状孔隙；硬质合金内部含有密排六方结构的WC以及M3W3C相和M3W9C4。
实施例1
本实施例中采用5％高熵合金粉末与95％的碳化钨粉末制成硬质碳化钨合金，由以下步骤组成：
步骤1：机械合金化法制粉
按等原子比1:1:1:1:1分别称取75μm的Al，Fe，Cr，Co，Ni单质粉末，并混合均匀；将粉末和磨球加入行星式高能球磨机的球磨罐中进行球磨，罐体材料及磨球的材质均为不锈钢，罐内加入两滴正庚烷作为表面活性剂，球磨罐内抽真空并充入高纯氩气(99.99％)作保护气氛，充气过程重复三次；
随球磨时间的延长，混合粉末逐步实现合金化，由多种单质粉末的混合粉末转变为具有无序体心立方结构相(BCC)和有序体心立方结构相(B2)合金粉末。高能球磨过程中采用的球料比为10:1，转速为300r/min，球磨时间为60h。
步骤2：球磨机混粉
将高熵合金粉末与粒径为75μm，纯度为99.9％的WC粉末通过行星式球磨机，选用陶瓷球磨罐和玛瑙珠进行混粉；
混粉参数为：球料比5:1，转速：300r/min，混粉时间为：6h。
步骤3：放电等离子烧结
采用放电等离子烧结设备对步骤2中的混合粉末进行烧结，其工艺条件如下：
步骤31：装粉阶段
将混好的粉末放入烧结专用的石墨磨具中，石墨磨具内径29mm，上下垫块中放入等尺寸碳纸，对装好粉的磨具在室温下进行预压，压力为15MPa；将磨具放入烧结炉舱内，将上下垫块对准置于上下压头中心；对烧结炉抽真空至6×10-2Pa，烧结压力调节至30MPa；
步骤32：烧结阶段
通过电流控制温度，在900℃以下升温速率为150℃/min；900℃～1000℃升温速率保持在20℃/min，以便于将温度准确控制在1000℃；温度达到1000℃时保温10min；
步骤33：冷却阶段
保温时间结束停止烧结，电流归零，当温度冷却至室温时卸除压头压力，去真空，取出磨具进行脱膜；将磨具中的坯料通过机加工至满足刀具所需条件。
本实施例获得的WC硬质合金，其相结构为HCP相的WC以及M3W3C相和M3W9C4相(M为Fe，Co，Cr，Ni)结构；合金孔隙为接近25μm的棒状，孔隙率较高如图1中扫描照片所示；合金维氏硬度在孔隙分布区域为2500HV，孔隙分布较少区域硬度为2800HV，硬质合金的密度为12.7g/cm2，本实施例制备得到的硬质合金由于其优异的耐磨性、韧性和强度等机械性能，应用于切割工具、模具、采矿工具和耐磨机械零件。
实施例2
本实施例中采用25％高熵合金粉末与75％的碳化钨粉末制成硬质碳化钨合金，由以下步骤组成：
步骤1：机械合金化法制粉
按等原子比1:1:1:1:1分别称取75μm的Al，Fe，Cr，Co，Ni单质粉末，并混合均匀；将粉末和磨球加入行星式高能球磨机的球磨罐中进行球磨，罐体材料及磨球的材质均为不锈钢，罐内加入两滴正庚烷作为表面活性剂，球磨罐内抽真空并充入高纯氩气(99.99％)作保护气氛，充气过程重复三次；
随球磨时间的延长，混合粉末逐步实现合金化，由多种单质粉末的混合粉末转变为具有无序体心立方结构相(BCC)和有序体心立方结构相(B2)合金粉末。高能球磨过程中采用的球料比为10:1，转速为300r/min，球磨时间为60h。
步骤2：球磨机混粉
将高熵合金粉末与粒径为75μm，纯度为99.9％的WC粉末通过行星式球磨机，选用陶瓷球磨罐和玛瑙珠进行混粉。
混粉参数为：球料比5:1，转速：300r/min，混粉时间为：6h。
步骤3：放电等离子烧结
采用放电等离子烧结设备对步骤2中的混合粉末进行烧结，其工艺条件如下：
步骤31：装粉阶段
将混好的粉末放入烧结专用的石墨磨具中，本次试验石墨磨具内径29mm，上下垫块中放入等尺寸碳纸。对装好粉的磨具在室温下进行预压，压力为15MPa。将磨具放入烧结炉舱内，将上下垫块对准置于上下压头中心；对烧结炉抽真空至6×10-2Pa，烧结压力调节至40MPa；
步骤32：烧结阶段
通过电流控制温度，在1150℃以下升温速率为50℃/min；1150℃～1250℃升温速率保持在20℃/min，以便于将温度准确控制在1250℃；温度达到1250℃时保温20min；
步骤33：冷却阶段
保温时间结束停止烧结，电流归零，当温度冷却至室温时卸除压头压力，去真空，取出磨具进行脱膜；将磨具中的坯料通过机加工至满足刀具所需条件。
本实施例获得的WC硬质合金，其相结构为HCP相的WC以及M3W3C相和M3W9C4相(M为Fe，Co，Cr，Ni)结构；随烧结温度，压力保温时间的提高合金中较大的棒状孔隙明显减少，孔隙率也相对较少，如图2中扫描照片所示；但由于较高的烧结温度和保温时间与较慢的升温速率使WC颗粒有所长大，故合金维氏硬度为1900HV有所降低，硬质合金的密度为11.2g/cm2，合金孔隙为10μm-20μm的棒状孔隙，本实施例制备得到的硬质合金由于其优异的耐磨性、韧性和强度等机械性能，应用于切割工具、模具、采矿工具和耐磨机械零件。
实施例3
本实施例中采用10％高熵合金粉末与90％的碳化钨粉末制成硬质碳化钨合金，由以下步骤组成：
步骤1：机械合金化法制粉
按等原子比1:1:1:1:1分别称取75μm的Al，Fe，Cr，Co，Ni单质粉末，并混合均匀；将粉末和磨球加入行星式高能球磨机的球磨罐中进行球磨，罐体材料及磨球的材质均为不锈钢，罐内加入两滴正庚烷作为表面活性剂，球磨罐内抽真空并充入高纯氩气(99.99％)作保护气氛，充气过程重复三次；
随球磨时间的延长，混合粉末逐步实现合金化，由多种单质粉末的混合粉末转变为具有无序体心立方结构相(BCC)和有序体心立方结构相(B2)合金粉末。高能球磨过程中采用的球料比为10:1，转速为300r/min，球磨时间为60h。
步骤2：球磨机混粉
将高熵合金粉末与粒径为1μm，纯度为99.9％的WC粉末通过行星式球磨机，选用陶瓷球磨罐和玛瑙珠进行混粉。
混粉参数为：球料比5:1，转速：300r/min，混粉时间为：6h。
步骤3：放电等离子烧结
采用放电等离子烧结设备对步骤2中的混合粉末进行烧结，其工艺条件如下：
步骤31：装粉阶段
将混好的粉末放入烧结专用的石墨磨具中，本次试验石墨磨具内径29mm，上下垫块中放入等尺寸碳纸。对装好粉的磨具在室温下进行预压，压力为15MPa。将磨具放入烧结炉舱内，将上下垫块对准置于上下压头中心；对烧结炉抽真空至6×10-2Pa，压力调节至50MPa；
步骤32：烧结阶段
通过电流控制温度，在1100℃以下升温速率为100℃/min；1100℃～1200℃升温速率保持在20℃/min，以便于将温度准确控制在1200℃；温度达到1200℃时保温5min；
步骤33：冷却阶段
保温时间结束停止烧结，电流归零，当温度冷却至室温时卸除压头压力，去真空，取出磨具进行脱膜；将磨具中的坯料通过机加工至满足刀具所需条件。
本实施例获得的WC硬质合金，其相结构为HCP相的WC以及M3W3C和M3W9C4相(M为Fe，Co，Cr，Ni)结构；合金孔隙为小于5μm的圆形孔和由纳米级小孔聚集形成的接近15μm的棒状孔隙，孔隙率较75μm的WC明显降低，如图3中扫描照片所示；由于WC含量降低，维氏硬度为2150HV且各区域硬度分布均匀，硬质合金的密度为13.29g/cm2，本实施例制备得到的硬质合金由于其优异的耐磨性、韧性和强度等机械性能，应用于切割工具、模具、采矿工具和耐磨机械零件。
实施例4
本实施例中采用10％高熵合金粉末与90％的碳化钨粉末制成硬质碳化钨合金，由以下步骤组成：
步骤1：机械合金化法制粉
按等原子比1:1:1:1:1分别称取75μm的Al，Fe，Cr，Co，Ni单质粉末，并混合均匀：将粉末和磨球加入行星式高能球磨机的球磨罐中进行球磨，罐体材料及磨球的材质均为不锈钢，罐内加入两滴正庚烷作为表面活性剂，球磨罐内抽真空并充入高纯氩气(99.99％)作保护气氛，充气过程重复三次；
随球磨时间的延长，混合粉末逐步实现合金化，由多种单质粉末的混合粉末转变为具有无序体心立方结构相(BCC)和有序体心立方结构相(B2)合金粉末。高能球磨过程中采用的球料比为10:1，转速为300r/min，球磨时间为60h。
步骤2：球磨机混粉
将高熵合金粉末与粒径为0.4μm，纯度为99.9％的WC粉末通过行星式球磨机，选用陶瓷球磨罐和玛瑙珠进行混粉。
混粉参数为：球料比5:1，转速：300r/min，混粉时间为：6h。
步骤3：放电等离子烧结
采用放电等离子烧结设备对步骤2中的混合粉末进行烧结，其工艺条件如下：
步骤31：装粉阶段
将混好的粉末放入烧结专用的石墨磨具中，本次试验石墨磨具内径29mm，上下垫块中放入等尺寸碳纸。对装好粉的磨具在室温下进行预压，压力为15MPa。将磨具放入烧结炉舱内，将上下垫块对准置于上下压头中心；对烧结炉抽真空至6×10-2Pa，压力调节至50MPa；
步骤32：烧结阶段
通过电流控制温度，在1100℃以下升温速率为100℃/min；1100℃～1200℃升温速率保持在20℃/min，以便于将温度准确控制在1200℃；温度达到1200℃时保温5min；
步骤33：冷却阶段
保温时间结束停止烧结，电流归零，当温度冷却至室温时卸除压头压力，去真空，取出磨具进行脱膜；将磨具中的坯料通过机加工至满足刀具所需条件。
本实施例获得的WC硬质合金，其相结构为HCP相的WC以及M3W3C和M3W9C4相(M为Fe，Co，Cr，Ni)结构；合金孔隙为5μm的圆形孔，孔隙率有明显的降低，如图4中扫描照片所示；维氏硬度为2400HV且各区域硬度分布均匀，硬质合金的密度为13.45g/cm2，本实施例制备得到的硬质合金由于其优异的耐磨性、韧性和强度等机械性能，应用于切割工具、模具、采矿工具和耐磨机械零件。
Claims (9)
1.由高熵合金作为粘结剂的硬质碳化钨合金的制备方法，其特征在于，由以下步骤组成：
以多种金属粉末为配料，采用机械合金化法，制备得到高熵合金粉末；
将高熵合金粉末与碳化钨粉末混合，采用球磨法对混合后的粉末进行充分研磨；
在真空中采用放电等离子烧结法对混合粉末进行烧结，烧结后得到碳化钨硬质合金材料；
所述金属粉末为Al、Fe、Cr、Co和Ni；
所述碳化钨粉末占碳化钨粉末与高熵合金粉末总质量比的75％～95％，余量为高熵合金粉末。
2.根据权利要求1所述的由高熵合金作为粘结剂的硬质碳化钨合金的制备方法，其特征在于，所述放电等离子烧结法中的烧结压力：30～50MPa。
3.根据权利要求2所述的由高熵合金作为粘结剂的硬质碳化钨合金的制备方法，其特征在于，所述放电等离子烧结法中的升温速率：20～150℃/min，烧结温度：1000-1250℃，保温时间：5～20min。
4.根据权利要求1所述的由高熵合金作为粘结剂的硬质碳化钨合金的制备方法，其特征在于，所述碳化钨粉末的粒径为0.4-75μm。
5.根据权利要求1所述的由高熵合金作为粘结剂的硬质碳化钨合金的制备方法，其特征在于，所述机械合金化法中采用氩气进行保护，球料比为10:1，转速为300r/min，球磨时间为60h。
6.根据权利要求1所述的由高熵合金作为粘结剂的硬质碳化钨合金的制备方法，其特征在于，所述球磨法中球料比5:1，转速：300r/min，混粉时间为：6h。
7.根据权利要求1所述的由高熵合金作为粘结剂的硬质碳化钨合金的制备方法，其特征在于，采用5％高熵合金粉末与95％的碳化钨粉末制成硬质碳化钨合金，由以下步骤组成：
机械合金化法制粉，按等原子比1:1:1:1:1分别称取75μm的Al，Fe，Cr，Co，Ni单质粉末，并混合均匀；将粉末和磨球加入行星式高能球磨机的球磨罐中进行球磨，罐体材料及磨球的材质均为不锈钢，罐内加入两滴正庚烷作为表面活性剂，球磨罐内抽真空并充入99.99％氩气作保护气氛，充气过程重复三次；随球磨时间的延长，混合粉末逐步实现合金化，由多种单质粉末的混合粉末转变为具有无序体心立方结构相和有序体心立方结构相合金粉末，高能球磨过程中采用的球料比为10:1，转速为300r/min，球磨时间为60h；
球磨机混粉，将高熵合金粉末与粒径为75μm，纯度为99.9％的WC粉末通过行星式球磨机，选用陶瓷球磨罐和玛瑙珠进行混粉；混粉参数为：球料比5:1，转速：300r/min，混粉时间为：6h；
放电等离子烧结，采用放电等离子烧结设备对上述的混合粉末进行烧结，其工艺条件如下：装粉阶段，将混好的粉末放入烧结专用的石墨磨具中，石墨磨具内径29mm，上下垫块中放入等尺寸碳纸，对装好粉的磨具在室温下进行预压，压力为15MPa；将磨具放入烧结炉舱内，将上下垫块对准置于上下压头中心；对烧结炉抽真空至6×10-2Pa，烧结压力调节至30MPa；烧结阶段，通过电流控制温度，在900℃以下升温速率为150℃/min；900℃～1000℃升温速率保持在20℃/min，以便于将温度准确控制在1000℃；温度达到1000℃时保温10min；冷却阶段，保温时间结束停止烧结，电流归零，当温度冷却至室温时卸除压头压力，去真空，取出磨具进行脱膜；将磨具中的坯料通过机加工至满足刀具所需条件；
获得的WC硬质合金，其相结构为HCP相的WC以及M3W3C相和M3W9C4相，即M为Fe，Co，Cr，Ni结构；合金维氏硬度在孔隙分布区域为2500HV，孔隙分布较少区域硬度为2800HV，硬质合金的密度为12.7g/cm2。
8.根据权利要求1所述的由高熵合金作为粘结剂的硬质碳化钨合金的制备方法，其特征在于，采用25％高熵合金粉末与75％的碳化钨粉末制成硬质碳化钨合金，由以下步骤组成：
机械合金化法制粉，按等原子比1:1:1:1:1分别称取75μm的Al，Fe，Cr，Co，Ni单质粉末，并混合均匀；将粉末和磨球加入行星式高能球磨机的球磨罐中进行球磨，罐体材料及磨球的材质均为不锈钢，罐内加入两滴正庚烷作为表面活性剂，球磨罐内抽真空并充入99.99％氩气作保护气氛，充气过程重复三次；随球磨时间的延长，混合粉末逐步实现合金化，由多种单质粉末的混合粉末转变为具有无序体心立方结构相和有序体心立方结构相合金粉末，高能球磨过程中采用的球料比为10:1，转速为300r/min，球磨时间为60h；
球磨机混粉，将高熵合金粉末与粒径为75μm，纯度为99.9％的WC粉末通过行星式球磨机，选用陶瓷球磨罐和玛瑙珠进行混粉，混粉参数为：球料比5:1，转速：300r/min，混粉时间为：6h；
放电等离子烧结，采用放电等离子烧结设备对上述的混合粉末进行烧结，其工艺条件如下：装粉阶段，将混好的粉末放入烧结专用的石墨磨具中，本次试验石墨磨具内径29mm，上下垫块中放入等尺寸碳纸，对装好粉的磨具在室温下进行预压，压力为15MPa，将磨具放入烧结炉舱内，将上下垫块对准置于上下压头中心；对烧结炉抽真空至6×10-2Pa，烧结压力调节至40MPa；烧结阶段，通过电流控制温度，在1150℃以下升温速率为50℃/min；1150℃～1250℃升温速率保持在20℃/min，以便于将温度准确控制在1250℃；温度达到1250℃时保温20min；冷却阶段，保温时间结束停止烧结，电流归零，当温度冷却至室温时卸除压头压力，去真空，取出磨具进行脱膜；将磨具中的坯料通过机加工至满足刀具所需条件；
获得的WC硬质合金，其相结构为HCP相的WC以及M3W3C相和M3W9C4相即M为Fe，Co，Cr，Ni结构；合金维氏硬度为1900HV有所降低，硬质合金的密度为11.2g/cm2，合金孔隙为10μm-20μm的棒状孔隙。
9.一种由高熵合金作为粘结剂的硬质碳化钨合金，其特征在于，包括采用权利要求1中的方法制备得到的含Al、Fe、Cr、Co和Ni的碳化钨硬质合金，所述硬质合金的密度为11.2-13.45g/cm2，维氏硬度为1900HV～2800HV；在硬质合金内存在5μm～50μm的圆形或棒状孔隙；所述硬质合金内部结构含有为密排六方结构的WC以及M3W3C相和M3W9C4。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190108 |
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