一种NiCoFeCrCu系高熵合金钻头及其制备方法专利检索-铸造粉末冶金专利检索查询-专利查询网

一种NiCoFeCrCu系高熵合金钻头及其制备方法
申请号	CN202410281403.1	申请日	2024-03-12	公开(公告)号	CN118023531A	公开(公告)日	2024-05-14
申请人	哈尔滨理工大学;			发明人	俞兆旭; 王辛; 刘聪; 李庆宁; 边芷若;
摘要	本发明公开了一种NiCoFeCrCu系高熵合金钻头及其制备方法，属于金属材料技术领域。本发明将Ni、Fe、Cr、Co和Cu 金属粉末按照一定摩尔比混合并高能球磨，在其中滴入适量酒精来降低粉体表面能及防止粉料的干燥，进而形成均匀的混合物料，最后在不同温度下进行等离子烧结成型；烧结完毕后，去除压力，样品随炉冷却，随即得到高熵合金钻头；NiCoFeCrCu系高熵合金能够解决钻头在工作情况下硬度不够、耐磨性差的问题，同时，材料的制备过程简单，无需复杂的程序就能成形，拓宽了刀具成形加工的研究思路。
权利要求	1.一种NiCoFeCrCu高熵合金粉末的制备方法，其特征在于，所述高熵合金为Ni‑Fe‑Cr‑Co‑Cu系含高熵合金，所述高熵合金材料的化学式为：NiaCobFecCrdCue，其中，a+b+c+d+e＝ 100；按照按摩尔比称取Fe、Co、Ni、Cr和Cu粉末，按质量称取球料比60：1的大小钢球，为满足剧烈碰撞和摩擦，置于球磨罐中形成均匀的混合的物料，为降低粉体的表面能、防止粉料的干燥，向球磨罐中滴入适量酒精；为了避免原料的氧化，向球磨罐内分别通入氮气和氩气进行保护，分别记为样品1、样品2；球磨机以500‑600转/分的转速进行球磨，每球磨1小时暂停 20‑30分，球磨共进行100‑150小时，得到NiCoFeCrCu高熵合金粉末。 2.根据权利要求1所述的NiCoFeCrCu高熵合金粉末，通过等离子烧结的方式进行固结成形，其特征在于，将制备得到的NiCoFeCrCu高熵合金粉末烘干，反复搅拌使其内部成份均匀，用干式法把粉末制成坯粉；将混合好的坯粉装入粉末冶金相应的钻头成型模具中，通过等离子加压烧结成型来制作钻头。
说明书全文	一种NiCoFeCrCu系高熵合金钻头及其制备方法技术领域 [0001] 本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种NiCoFeCrCu系高熵合金钻头及其制备方法。背景技术 [0002] 在钻井过程中钻头是破碎岩石的主要工具，井眼是由钻头破碎岩石而形成的。一个井眼形成得好坏，所用时间的长短，除与所钻地层岩石的特性和钻头本身的性能有关外，更与钻头和地层之间的相互匹配程度有关。钻头的合理选型对提高钻进速度、降低钻井综合成本起着重要作用。钻头是进行石油钻井工作的重要工具之一，钻头是否适应岩石性质及其质量的好坏，在选用钻井工艺方面起着非常重要的作用，特别是对钻井质量、钻探速度、钻井成本方面产生着巨大的影响，目前常用的钻头就是合金钻头和高速钢钻头。除此之外，钻头在使用过程中还会用于其他恶劣环境，譬如高温、潮湿、严寒、干燥、泥泞、高压、磁场等环境，所以说这类钻头不能满足性能特定环境下使用性能的要求。 [0003] 近年来以单一元素为主元的传统金属材料性能发展已经趋于瓶颈。高熵合金（HEA）是由多种主要元素共同组成的新型金属材料，且高熵合金具有高强度、高硬度、耐高温氧化及耐高温软化、耐腐蚀、耐磨、高电阻率、优异的磁电等优点。经过特定加工的高熵合金具有更高的强度和更多样化的机械性能。因此，研究高熵合金的成形工艺具有更重要的实际意义。 [0004] 随着工业发展对高性能金属材料的需求日渐迫切，对钻头综合性能的要求也越来越苛刻，尤其对于高熵合金而言，从单一的传统金属材料到多种金属构成的新型金属材料，越来越好的性能期待挖掘，由于高熵合金在航空航天、汽车、通讯等国防和国民经济主要工业领域，具有极其重要的应用价值与广阔的应用前景，因此这个问题急需解决。发明内容 [0005] 为了解决传统金属材料的性能瓶颈问题，成为高温、氧化、腐蚀等苛刻工况下服役设备的重要选材。本发明提供一种NiCoFeCrCu高熵合金钻头及其制备方法，用于解决现有技术中存在的上述问题。 [0006] 本发明是这样实现的：在纯度为99.99%以上的惰性气体的保护下，将Ni、Fe、Cr、Co和Cu的金属粉末按照一定摩尔比混合，滴入酒精为降低粉体的表面能、防止粉料的干燥，利用高能球磨的剧烈碰撞和摩擦，机械球磨时间100‑180小时，机械球磨的球料比60：1，机械球磨的转速为500‑600转/分，每球磨1小时暂停20‑30分，机械球磨过程中惰性气体的压力为1.0‑1.5MPa，最后形成均匀的混合物料，然后置于800℃‑1000℃进行等离子烧结；烧结完毕后，去除压力，样品随炉冷却，随即得到高熵合金钻头。 [0007] 惰性气体包括：氩气、氮气。 [0008] 高熵合金原材料包括：镍、铁、铬、铜、钴。 [0009] 本发明采用室温机械球磨制备NiCoFeCrCu系高熵合金，同时采用等离子烧结成型，其主要优点为。 [0010] （1）设备简单，工艺易实现； [0011] （2）靠机械力驱动的作用，直接生成NiCoFeCrCu系高熵合金粉末； [0012] （3）制造高纯度材料，在粉末冶金过程中，材料不熔化，不与其他物质的杂质混合，在真空和还原气氛中烧结，不怕被氧化或污染材料。附图说明 [0013] 图1为本发明制备的NiCoFeCrCu系高熵合金粉末的XRD图谱 [0014] 图2为本发明制备的NiCoFeCrCu系高熵合金粉末的EDS图谱图3为本发明制备的NiCoFeCrCu系高熵合金粉末的EDS图谱中Cr元素的分布图4为本发明制备的NiCoFeCrCu系高熵合金粉末的EDS图谱中Fe元素的分布图5为本发明制备的NiCoFeCrCu系高熵合金粉末的EDS图谱中Co元素的分布图6为本发明制备的NiCoFeCrCu系高熵合金粉末的EDS图谱中Ni元素的分布图7为本发明制备的NiCoFeCrCu系高熵合金粉末的EDS图谱中Cu元素的分布具体实施方式 [0015] 以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。 [0016] 具体实施方式一： [0017] 在纯度为99.99%以上的氩气气体的保护下，将Ni、Fe、Cr、Co和Cu的金属粉末按照1:1摩尔比混合，滴入酒精为降低粉体的表面能、防止粉料的干燥，利用高能球磨的剧烈碰撞和摩擦，机械球磨时间100小时，机械球磨的球料比60：1，机械球磨的转速为500转/分，每球磨1小时暂停20分，机械球磨过程中惰性气体的压力为1.0MPa，最后形成均匀的混合物料，然后置于800℃进行等离子烧结；烧结完毕后，去除压力，样品随炉冷却，随即得到高熵合金钻头。 [0018] 具体实施方式二： [0019] 在纯度为99.99%以上的氩气气体的保护下，将Ni、Fe、Cr、Co和Cu的金属粉末按照1:1摩尔比混合，滴入酒精为降低粉体的表面能、防止粉料的干燥，利用高能球磨的剧烈碰撞和摩擦，机械球磨时间180小时，机械球磨的球料比60：1，机械球磨的转速600转/分，每球磨1小时暂停30分，机械球磨过程中惰性气体的压力为1.5MPa，最后形成均匀的混合物料，然后置于1000℃进行等离子烧结；烧结完毕后，去除压力，样品随炉冷却，随即得到高熵合金钻头。 [0020] 具体实施方式三： [0021] 在纯度为99.99%以上的氮气气体的保护下，将Ni、Fe、Cr、Co和Cu的金属粉末按照1:1摩尔比混合，滴入酒精为降低粉体的表面能、防止粉料的干燥，利用高能球磨的剧烈碰撞和摩擦，机械球磨时间150小时，机械球磨的球料比60：1，机械球磨的转速为550转/分，每球磨1小时暂停25分，机械球磨过程中惰性气体的压力为1.2MPa，最后形成均匀的混合物料，然后置于900℃进行等离子烧结；烧结完毕后，去除压力，样品随炉冷却，随即得到高熵合金钻头。 [0022] 具体实施方式四： [0023] 在纯度为99.99%以上的氮气气体的保护下，将Ni、Fe、Cr、Co和Cu的金属粉末按照1:1摩尔比混合，滴入酒精为降低粉体的表面能、防止粉料的干燥，利用高能球磨的剧烈碰撞和摩擦，机械球磨时间140小时，机械球磨的球料比60：1，机械球磨的转速为580转/分，每球磨1小时暂停30分，机械球磨过程中惰性气体的压力为1.5MPa，最后形成均匀的混合物料，然后置于1000℃进行等离子烧结；烧结完毕后，去除压力，样品随炉冷却，随即得到高熵合金钻头。

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