高强高韧超细硬质合金材料体系组织结构定向调控方法与流程

本发明属于材料制备技术领域，尤其是涉及一种高强高韧超细硬质合金材料体系组织结构定向调控方法。

背景技术：

目前，由于超细硬质合金材料具有优异的力学性能，因此被广泛应用于金属加工、电子工业、医学等领域，例如被用作印刷电路板微型钻头、铣刀、整体孔加工刀具、精密工模具、难加工材料刀具等。

材料的组织结构是其状态变量和制备过程的指纹，并且决定性能的变化，以高品质粉末为原料的涂层硬质合金刀具材料的制备过程受众多工艺参数的影响，仅凭经验或传统的试错法进行开发会耗费大量的人力和物力。

技术实现要素：

本发明要解决的问题是提供一种高强高韧超细硬质合金材料体系组织结构定向调控方法，该方法建立硬质合金及耐磨涂层的集成计算材料工程的研发平台，实现硬质合金刀具基体与涂层制备过程中微观组织的可控以及制备工艺的优化，并通过微观组织结构的定向调控实现其高强高韧化。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高强高韧超细硬质合金材料体系组织结构定向调控方法，包括

(5)集成第一性原理计算、相图热力学、扩散动力学和相场模拟的多尺度材料模拟方法，建立硬质合金刀具基体和耐磨涂层微观组织设计的研发平台；

(6)根据晶粒生长抑制剂在硬质合金中原子尺度的协同作用与合金的强韧化原理，发现微观组织结构对晶粒抑制剂成分和烧结温度的响应特性及其调控机理，并根据性能需求对晶粒抑制剂的分布、分散和在WC/Co界面的偏析厚度进行定向调控；

(7)建立金刚石涂层各沉积物生成的温度区间、溶解度区间、相稳定性的热力学信息，研究前驱体种类及成分和沉积温度及压力等工艺条件对金刚石涂层的物相种类、成分等性质的影响；

(8)基于伪二元CrN-AlN体系的亚稳相图和各相的相变驱动力，预测不同温度下固溶体的相结构和相组成，实现CrAlN基涂层调幅分解过程的相场模拟，为优化涂层制备工艺参数提供可靠的理论依据。

建立刀具基体和涂层的热力学数据库：利用热力学规律进行数据计算和筛选，建立热力学性质数据库，通过该程序库，能够进行热力学性质数据的查询、检索和动态维护，利用数据库中热力学性质数据，进行冶金过程反应的热力学计算和分析。

建立刀具基体和涂层的动力学数据库。

得到刀具基体微观组织的定向调控，金刚石涂层沉积过程的计算模拟以及CrAlN基涂层的成分设计、相结构预测和调幅分解模拟。

由于上述技术方案，本发明集成多尺度材料模拟方法来建立硬质合金刀具基体和耐磨涂层高效开发设计的研发平台，在原子尺度上来揭示晶粒生长抑制剂的协同作用及强韧化机理，并耦合热、动力学分析手段来实现高强高韧硬质合金微观组织的定向调控。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：

图1为本发明的流程示意图

具体实施方式

如图1所示，本发明一种高强高韧超细硬质合金材料体系组织结构定向调控方法，包括

(1)集成第一性原理计算、相图热力学、扩散动力学和相场模拟的多尺度材料模拟方法，建立硬质合金刀具基体和耐磨涂层微观组织设计的研发平台；

(2)根据晶粒生长抑制剂在硬质合金中原子尺度的协同作用与合金的强韧化原理，发现微观组织结构对晶粒抑制剂成分和烧结温度的响应特性及其调控机理，并根据性能需求对晶粒抑制剂的分布、分散和在WC/Co界面的偏析厚度进行定向调控；

(3)建立金刚石涂层各沉积物生成的温度区间、溶解度区间、相稳定性的热力学信息，研究前驱体种类及成分和沉积温度及压力等工艺条件对金刚石涂层的物相种类、成分等性质的影响；

(4)基于伪二元CrN-AlN体系的亚稳相图和各相的相变驱动力，预测不同温度下固溶体的相结构和相组成，实现CrAlN基涂层调幅分解过程的相场模拟，为优化涂层制备工艺参数提供可靠的理论依据。

建立刀具基体和涂层的热力学数据库：利用热力学规律进行数据计算和筛选，建立热力学性质数据库，通过该程序库，能够进行热力学性质数据的查询、检索和动态维护，利用数据库中热力学性质数据，进行冶金过程反应的热力学计算和分析。

建立刀具基体和涂层的动力学数据库。

得到刀具基体微观组织的定向调控，金刚石涂层沉积过程的计算模拟以及CrAlN基涂层的成分设计、相结构预测和调幅分解模拟。

本发明集成多尺度材料模拟方法来建立硬质合金刀具基体和耐磨涂层高效开发设计的研发平台，在原子尺度上来揭示晶粒生长抑制剂的协同作用及强韧化机理，并耦合热、动力学分析手段来实现高强高韧硬质合金微观组织的定向调控。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。