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专利号: 2022110218303
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 冶金;黑色或有色金属合金;合金或有色金属的处理
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种高熵合金‑高熵陶瓷结合的碳化钨硬质合金,其特征在于,由以下比例重量的材料组成:

WC硬质相85.5wt.%‑90.25wt.%;非化学计量比碳化物0.5wt.%‑4.75wt.%;高熵合金5wt.%‑10wt.%,其中,非化学计量比碳化物原料为机械合金化法制备的TiC0 .4和VC0 .5粉末或者滚动湿磨法制备的Ti和TiC混合粉料以及V和VC混合粉料中的任意一种,所述非化学计量比碳化物的粒径为150nm以下。

2.根据权利要求1所述的高熵合金‑高熵陶瓷结合的碳化钨硬质合金,其特征在于,所述WC硬质相的原料包含球磨细化法制备的纳米级WC粉体、商用纳米晶或超细晶WC粉体中的任意一种。

3.根据权利要求2所述的高熵合金‑高熵陶瓷结合的碳化钨硬质合金,其特征在于,所述球磨细化法制备的纳米级WC粉体的粒径为150nm以下,商用纳米晶WC粉体的粒径为100nm以下,商用超细晶WC粉体的粒径为300nm以下,纯度均>99.9%。

4.根据权利要求1所述的高熵合金‑高熵陶瓷结合的碳化钨硬质合金,其特征在于,所述高熵合金原料为CoCrNiCuFe、AlZnCuFeTi和CoNiCuFeMn高熵合金粉末;所述高熵合金粉末的粒径为150nm以下。

5.一种如权利要求1‑4任意一项权利要求的高熵合金‑高熵陶瓷结合的碳化钨硬质合金的制备方法,其特征在于:按预设比例将WC硬质相原料、非化学计量比碳化物和高熵合金采用球磨混料或原位合成法制得高熵合金‑高熵陶瓷结合的碳化钨硬质合金复合粉体,然后将混合得到的复合粉体预压后进行放电等离子烧结,烧结压力为40‑50MPa,烧结温度为1200‑1350℃,升温速率为50‑100℃/min,保温时间为5‑10min;然后降温卸压,制得高熵合金‑高熵陶瓷结合的碳化钨硬质合金。

6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述WC粉末纯度>99.9%,WC硬质相原料选用球磨细化法得到的WC硬质相或者商用纳米晶WC粉体、商用超细晶WC粉体中的任意一种,其中,球磨细化法是使用真空手套箱,在氩气气氛中称量WC粉末并装入球磨罐中,将WC粉末进行球磨细化,球、料质量比为10:1,转速为300r/min,球磨时间为20h,每转1h停机20min进行散热而得到的。

7.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述非化学计量比碳化物的制备采用机械合金化法或滚动湿磨法,其中:

机械合金化法使用真空手套箱,在氩气气氛中按既定配比称量相应金属单质粉末和碳化物粉末,混合装入球磨罐中,按10g料加入0.2mL无水乙醇作为分散剂,球、料质量比为20:1,转速为450r/min,球磨时间为60h,每转1h停机20min散热,每30h停机把粘到磨球及罐内壁的原料刮掉混匀后继续球磨,制得粒径150nm以下的TiC0.4或VC0.5粉末;

滚动湿磨法:使用真空手套箱,在氩气气氛中按既定配比称量相应金属单质粉末和碳化物粉末,混合装入球磨罐中,按10g料加入0.2mL无水乙醇作为分散剂,球、料质量比为20:1,转速为300r/min,球磨时间为5h,每转1h停机20min散热,球磨结束后静置1h,制得Ti和TiC的混合粉料或V和VC的混合粉料;

所述TiC粉末纯度>99.5%,粒径为1‑3μm;Ti粉末纯度>99.9%,粒径为1‑3μm;VC粉末纯度>99.5%,粒径为1‑3μm;V粉末纯度>99.5%,粒径为<45μm。

8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述高熵合金的制备是使用真空手套箱,在氩气气氛中称取相应金属粉末放入球磨罐中,按10g料加入0.2mL无水乙醇作为分散剂,球、料质量比为10:1,转速为400r/min,球磨时间为30h,每转1h停机20min散热,每转10h停机把粘到磨球及罐内壁的原料刮掉混匀,然后添加无水乙醇继续球磨制得的,其中,所述Al、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn粉末纯度为>99%,Co和Ti粉末粒径为1‑3μm;Cr粉末粒径为<75μm;其余金属单质粉末粒径为<45μm。

9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,所述球磨混料法是使用真空手套箱,在氩气气氛中按既定配比称取WC硬质相,将制备的TiC0.4或VC0.5结合剂和高熵合金结合剂,装入到球磨罐中,球、料质量比为10:1,转速为300r/min,球磨时间为2‑10h,每转1h停机20min散热,采用球磨混料法制得高熵合金‑高熵陶瓷结合的碳化钨硬质合金复合粉体。

10.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,所述原位合成法是使用真空手套箱,在氩气气氛中按既定配比称取滚动湿魔法制备的混合粉料和WC硬质相粉末,装入到球磨罐中,球、料质量比10:1,转速为300r/min,球磨时间为5h,每转1h停机20min散热,球磨结束后静置1h;然后,使用真空手套箱,按既定配比称取高熵合金粉末,再装入到球磨罐中,保证转速和球、料质量比不变,球磨时间为2h,每转1h停机20min散热,球磨结束后静置1h,采用原位合成法制得高熵合金‑高熵陶瓷结合的碳化钨硬质合金复合粉体。

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