石墨烯复合高速工具钢的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯复合高速工具钢的制备方法，包括以下步骤：提供混合液，所述混合液包括挥发性有机溶剂、石墨烯粉体以及高速工具钢粉体；将所述混合液进行干燥处理得到混合粉体；将所述干燥处理后的所述混合粉体装载于包套中进行抽真空除气处理并将所述包套密封；将装载有所述混合粉体的密封包套进行热等静压处理，所述热等静压的温度为950℃～1300℃，使得所述混合粉体形成石墨烯复合高速工具钢；以及将所述石墨烯钢复合高速工具钢与所述包套分离。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯复合高速工具钢的制备方法
本专利技术涉及高速工具钢材料
，特别是涉及一种石墨烯复合高速工具钢的制备方法。
技术介绍
高速工具钢主要用来制备高速切削刀具，如钻头、铣刀和带锯的切削等，具有红硬性高、耐磨性好、强度高等特性。现代制造业的快速发展要求高速工具钢具有更好的性能和稳定性，从而提高其加工效率和加工精度。近年来，国内外高速工具钢材的质量和生产技术等方面都取得了较快发展，高速工具钢的发展也推动了工业产品向高级化、个体化、高附加值化的方向发展。但是现有的高速工具钢的性能仅能够满足一般材料的切削，而对于高性能零件来说，现有的高速工具钢强度和硬度仍不够高，同时韧性较低，无法满足高性能零件的加工需求。
技术实现思路
基于此，有必要针对如何提高高速工具钢机械性能的问题，提供一种石墨烯复合高速工具钢的制备方法。本专利技术提供一种石墨烯复合高速工具钢的制备方法，包括以下步骤：提供混合液，所述混合液包括挥发性有机溶剂、石墨烯粉体以及高速工具钢粉体；将所述混合液进行干燥处理得到混合粉体；将所述干燥处理后的所述混合粉体装载于包套中进行抽真空除气处理并将所述包套密封；将装载有所述混合粉体的密封包套进行热等静压处理，所述热等静压的温度为950℃～1300℃，使得所述混合粉体形成复合材料坯体；以及将所述复合材料坯体与所述包套分离。在其中一个实施例中，所述热等静压的温度为1050℃～1200℃。在其中一个实施例中，所述石墨烯粉体在所述石墨烯复合高速工具钢中的质量分数0.01％～2％。在其中一个实施例中，所述石墨烯粉体的片径为3μm～40μm。在其中一个实施例中，所述高速工具钢粉体的粒径为10μm～70μm。在其中一个实施例中，所述干燥处理的步骤包括：将所述混合液在40℃～50℃进行搅拌，直至去除部分所述挥发性有机溶剂而形成浆料；以及将所述浆料进行真空干燥，全部去除所述浆料中的所述挥发性有机溶剂。在其中一个实施例中，所述抽真空除气处理的步骤包括：将装载有所述混合粉体的所述包套抽真空至所述包套内的真空度为小于或等于1.0×10-2Pa；以及对装载有所述混合粉体的所述包套在所述真空度下进行加热，所述加热温度为400℃～600℃。在其中一个实施例中，所述加热时间为2小时～10小时。在其中一个实施例中，所述石墨烯复合高速工具钢的制备方法还包括：在所述干燥处理步骤和所述抽真空除气处理步骤之间，对所述干燥处理后的混合粉体进行低温球磨的步骤，所述低温球磨的温度为-80℃～-160℃。在其中一个实施例中，所述石墨烯复合高速工具钢的制备方法还包括对所述复合材料坯体进行机械加工的步骤。在其中一个实施例中，所述有机溶剂为无水乙醇。在其中一个实施例中，所述高速工具钢粉体包括铁元素、非石墨类碳元素及其他元素，所述非石墨类碳元素在所述石墨烯复合高速工具钢中的质量分数为1.4％～1.8％。在其中一个实施例中，所述其他元素包括在所述石墨烯复合高速工具钢中占以下质量分数的元素：Cr:4.0％～5.0％；V:4.0％～5.5％；Mo:1.5％～2.5％；Co:7.5％～8.2％；W:10.2％～12％；Mn:≤0.3％；Si:≤0.6％。在其中一个实施例中，所述高速工具钢粉体为将钢材破碎后得到，或者为所述高速工具钢的组成元素的单质粉体的混合。本专利技术提供的石墨烯复合高速工具钢的制备方法，通过将石墨烯和高速工具钢粉体进行机械混合、真空抽气和热等静压处理制备得到石墨烯复合高速工具钢。通过热等静压的方法，在高温和高压同时作用下，使石墨烯和高速工具钢粉固结成型，从而实现石墨烯和高速工具钢粉基体的结合，解决了石墨烯易于团聚，无法在基体中均匀分散以及高温界面反应的问题，同时简化了工艺步骤，避免了多步骤工艺过程中石墨烯的氧化程度。通过控制热等静压的温度在950℃～1300℃，实现石墨烯和高速工具钢材料的牢固结合，使得石墨烯和钢材元素之间具有良好的结合界面，形成具有高机械性能的石墨烯复合高速工具钢。所述石墨烯复合高速工具钢不仅可以应用于一般的切削材料，如刀具、钻头和带锯等，还可应用于重载机械工具、高强度材料的精密冲切工具，而且使用寿命更长。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供一种石墨烯复合高速工具钢的制备方法，包括以下步骤：S10，提供混合液，所述混合液包括挥发性有机溶剂、石墨烯粉体以及高速工具钢粉体；S20，将所述混合液进行干燥处理得到混合粉体；S30，将所述干燥处理后的所述混合粉体装载于包套中进行抽真空除气处理并将所述包套密封；S40，将装载有所述混合粉体的密封包套进行热等静压处理，所述热等静压的温度为950℃～1300℃，使得所述混合粉体形成复合材料坯体；S50，将所述复合材料坯体与所述包套分离。本专利技术实施例通过将石墨烯和高速工具钢粉体进行机械混合、真空抽气和热等静压处理，制备得到石墨烯复合高速工具钢。通过热等静压的方法，在高温和高压同时作用下，使石墨烯和高速工具钢粉固结成型，从而实现石墨烯和高速工具钢粉基体的结合，解决了石墨烯易于团聚，无法在基体中均匀分散以及高温界面反应的问题，同时简化了工艺步骤，避免了多步骤工艺过程中石墨烯的氧化问题。通过控制热等静压的温度在950℃～1300℃，实现石墨烯和高速工具钢材料的牢固结合，使得石墨烯和钢材元素之间具有良好的结合界面，形成具有高机械性能的石墨烯复合高速工具钢。所述高速工具钢粉体可以为各组成元素单质的粉体或者由对应的钢材破碎后得到的粉体。所述高速工具钢粉体以占石墨烯复合高速工具钢总质量70％以上的铁作为基本元素，以钨、钼、铬、钒、钴为主要合金元素，并包括非石墨类碳元素及其他掺杂元素的高碳高合金钢。按照各组成元素在所述石墨烯复合高速工具钢中的质量分数计算组成高速工具钢粉体的各组成元素的用量。在所述石墨烯复合高速工具钢中，所述非石墨类碳元素的质量分数可以为1.4％～1.8％，优选为1.6％～1.7％；所述主要合金元素的质量分数可以为：W10.2％～12％，Mo1.5％～2.5％，Cr4％～5％，V4％～5.5％，Co7.5％～8.2％；所述石墨烯复合高速工具钢还可以包括或不包括含量较低的Mn、Si或其他合金元素，优选的，Mn≤0.3％，Si≤0.6％。所述石墨烯粉体与所述高速工具钢粉体的质量比为0.01:99.9～1:49，即在所述石墨烯复合高速工具钢中，所述石墨烯粉体的质量分数为0.01％～2％。所述石墨烯为原始的石墨烯，即未被氧化或连接功能基团的石墨烯，所述石墨烯的层数可为1～8层，优选的，所述石墨烯的层数为1～3层，所述石墨烯的层数越少，形成的石墨烯复合高速工具钢的机械性能越好。优选的，在所述的石墨烯复合高速工具钢中，所述石墨烯的质量分数为0.05～0.5％。所述高速工具钢粉体的粒径可以为10μm～70μm，所述石墨烯粉体的片径为3μm～40μm，该片径范围更有利于钢材粉体与石墨烯粉体之间的均匀混合以及相互配合的提高石墨烯复合高速工具钢的机械性能。在步骤S10中，所述石墨烯粉体和所述高速工具钢粉体在所述挥发性有机溶剂中通过均匀分散的方式混合，挥发性有机溶剂挥发后的所述混合粉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯复合高速工具钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供混合液，所述混合液包括挥发性有机溶剂、石墨烯粉体以及高速工具钢粉体；将所述混合液进行干燥处理得到混合粉体；将所述干燥处理后的所述混合粉体装载于包套中进行抽真空除气处理并将所述包套密封；将装载有所述混合粉体的密封包套进行热等静压处理，所述热等静压的温度为950℃～1300℃，使得所述混合粉体形成复合材料坯体；以及将所述复合材料坯体与所述包套分离。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯复合高速工具钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供混合液，所述混合液包括挥发性有机溶剂、石墨烯粉体以及高速工具钢粉体；将所述混合液进行干燥处理得到混合粉体；将所述干燥处理后的所述混合粉体装载于包套中进行抽真空除气处理并将所述包套密封；将装载有所述混合粉体的密封包套进行热等静压处理，所述热等静压的温度为950℃～1300℃，使得所述混合粉体形成复合材料坯体；以及将所述复合材料坯体与所述包套分离。2.根据权利要求1所述的石墨烯复合高速工具钢的制备方法，其特征在于，所述热等静压的温度为1050℃～1200℃。3.根据权利要求1所述的石墨烯复合高速工具钢的制备方法，其特征在于，所述石墨烯粉体在所述石墨烯复合高速工具钢中的质量分数0.01％～2％。4.根据权利要求1所述的石墨烯复合高速工具钢的制备方法，其特征在于，所述石墨烯粉体的片径为3μm～40μm。5.根据权利要求1所述的石墨烯复合高速工具钢的制备方法，其特征在于，所述高速工具钢粉体的粒径为10μm～70μm。6.根据权利要求1所述的石墨烯复合高速工具钢的制备方法，其特征在于，所述干燥处理的步骤包括：将所述混合液在40℃～50℃进行搅拌，直至去除部分所述挥发性有机溶剂而形成浆料；以及将所述浆料进行真空干燥，全部去除所述浆料中的所述挥发性有机溶剂。7.根据权利要求1所述的石墨烯复合高速工具钢的制备方法，其特征在于，所述抽真空除气处理的步骤包括：将装载有所述混合粉体的所述包套抽真空至所述包套内的真空度为小于或等于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海平，曹振，王旭东，李炯利，郭建强，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，北京石墨烯技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11