本发明属于硬质合金材料，具体涉及一种含有梯度高熵硬质合金的刀具材料及制备方法。
背景技术：
1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
2、硬质合金刀具是参与数字化制造的主导刀具。然而，传统wc-co硬质合金刀具的“宏观均质”结构、力学性能矛盾(硬度与韧性、耐磨性与强度之间难以平衡)及高温性能表现不足，决定了其难以适应多尺度、非均匀热-力-化学多场耦合与交互作用下的高速切削过程。
3、另外，w和co成本高，其价格持续上升。发展新型的替wc硬质相和替co黏结相，是实现高性能硬质合金刀具可持续发展，与硬质合金刀具高质、高效、绿色切削能力的基本前提之一。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种含有梯度高熵硬质合金的刀具材料及制备方法，制得的刀具材料具有高耐热、高硬度、高强韧性能。
2、为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
3、第一方面，一种含有梯度高熵硬质合金的刀具材料，具有对称的五层结构，依次为表层、过渡层、芯层、过渡层和表层；
4、所述表层包括按质量份数计的高熵碳化物93.8～96.9份、高熵合金2.9～6份和石墨烯0.1～0.2份；
5、所述过渡层包括按质量份数计的高熵碳化物30～45份、高熵合金5～10份和wc硬质相45～65份；
6、所述芯层包括按质量份数计的高熵合金10～15份和wc硬质相85～90份；
7、可选的，所述高熵碳化物包括等摩尔比的tac、nbc、tic、hfc、zrc、wc、zrc、vc中的任意五种；
8、所述高熵合金包括等摩尔比的fe、co、ni、cr、mn、al中的任意五种。第二方面，上述含有梯度高熵硬质合金的刀具材料的制备方法，包括步骤：
9、1)按照等摩尔比称取五种碳化物粉末，干磨后制备高熵碳化物悬浮液，水浴分散，湿磨后干燥过筛，获得高熵碳化物粉体；
10、2)按照等摩尔比称取五种金属粉末，干磨后制备高熵合金悬浮液，湿磨后干燥过筛，获得高熵合金粉体；
11、3)石墨烯加入分散溶剂与分散剂，配置成悬浮液，水浴加热分散，获得石墨烯悬浮液；
12、4)表层材料按质量份数计的高熵碳化物93.8～96.9份、高熵合金2.9～6份和石墨烯0.1～0.2份配比，过渡层按质量份数计的高熵碳化物30～45份、高熵合金5～10份和wc硬质相45～65份配比，芯层按质量份数计的高熵合金10～15份和wc硬质相85～90份配比；各层材料分别按比例配置成混合的粉体悬浮液，球磨后干燥过筛，获得分散良好的各梯度层粉体；
13、5)采用分层铺压法装料，将5层梯度材料压制成型，采用液相+固相二步放电等离子烧结工艺，获得含有梯度高熵硬质合金的刀具材料。
14、可选的，五种碳化物粉末均为亚微米级粉末，包括等摩尔比的tac、nbc、tic、hfc、zrc、wc、zrc、vc中的任意五种；
15、五种金属粉末均为亚微米级粉末，包括等摩尔比的fe、co、ni、cr、mn、al中的任意五种。
16、可选的，步骤1)中，干磨时间为2h，每磨5min，停2min；干磨后加入无水乙醇为分散溶剂，聚乙二醇为分散介质，制备高熵碳化物悬浮液；在100℃水浴加热超声分散1h，然后湿磨24h，然后在真空干燥箱中干燥，过筛即得分散良好的高熵碳化物粉体。
17、可选的，步骤2)中，干磨时间为2h，每磨5min，停2min；干磨后加入无水乙醇为分散溶剂，聚乙二醇为分散介质，制备高熵合金悬浮液；在100℃水浴加热超声分散1h，然后湿磨24h，然后在真空干燥箱中干燥，过筛即得分散良好的高熵合金粉体。
18、可选的，步骤3)中，分散溶剂为无水乙醇；分散剂为聚乙二醇：聚乙烯吡咯烷酮＝1：1的复式分散剂，复式分散剂加入量为石墨烯质量的80％；在100℃水浴加热超声分散60min。
19、可选的，步骤4)中，将wc粉体、高熵碳化物粉体、高熵合金粉体和/或墨烯悬浮液混合，水浴加热超声分散30min得到混合的粉体悬浮液；
20、或者，高熵合金加入分散溶剂(无水乙醇)与分散剂(聚乙二醇)，配置成悬浮液，水浴加热超声分散30min，获得高熵合金悬浮液；再加入高熵碳化物，继续水浴加热超声分散30min；再加入wc粉体，继续水浴加热超声分散30min，获得混合的粉体悬浮液；
21、在混合的粉体悬浮液中，按一定的球料比加入磨球，球磨30h，然后在真空干燥箱中干燥，过筛即得分散良好的各梯度层粉体。
22、可选的，步骤5)中，根据模具大小及梯度层厚度计算出各梯度层粉末重量，采用分层铺压法装料，将5层梯度粉体压制成型；采用液相+固相二步放电等离子烧结工艺：真空度保持在10pa以下，按150℃/min升温至1400-1550℃，保温1-5min然后按150℃/min冷却至1300-1350℃保温1-6h然后随炉冷却；
23、加热过程、冷却过程中，在室温至1200℃期间，压力保持20mpa，1200～1550℃压力保持45mpa。
24、本发明的有益效果为：
25、1.本发明引入高熵碳化物作为替wc硬质相，引入高熵合金作为替co黏结相，降低了w和co的资源消耗。
26、2.本发明在表层引入多层石墨烯作为润滑相和阻热相，将高构型熵降低热导率机理与多层石墨烯热导率各向异性关联设计，有效降低表层热导率，使表层耐热且隔热。作为刀具前刀面可有效阻止切削热传到刀具本体，刀具材料整体获得高耐热性能。
27、3.本发明的高熵碳化物自表及里含量降低，wc含量自表及里升高，即：自里及表高熵碳化物逐渐替代传统wc硬质相，实现刀具表层的高硬度配置。高熵合金含量自表及里升高，实现刀具芯层高韧性配置。通过结合高熵碳化物高硬度与高熵合金高韧性构筑机制，合理布置不同层的力学性能，获得高耐热、高硬度、高强韧梯度高熵硬质合金刀具材料。
28、4.本发明采用液相+固相二步放电等离子烧结工艺，从生产技术上提供了一种可工业化生产高耐热、高硬度、高强韧梯度高熵硬质合金刀具材料的技术。
1.一种含有梯度高熵硬质合金的刀具材料，其特征在于，具有对称的五层结构，依次为表层、过渡层、芯层、过渡层和表层；
2.如权利要求1所述的含有梯度高熵硬质合金的刀具材料，其特征在于，所述高熵碳化物包括等摩尔比的tac、nbc、tic、hfc、zrc、wc、zrc、vc中的任意五种；
3.一种权利要求1-2任一所述的含有梯度高熵硬质合金的刀具材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
4.如权利要求3所述的含有梯度高熵硬质合金的刀具材料的制备方法，其特征在于，
5.如权利要求3所述的含有梯度高熵硬质合金的刀具材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，干磨时间为2h，每磨5min，停2min；干磨后加入无水乙醇为分散溶剂，聚乙二醇为分散介质，制备高熵碳化物悬浮液；在100℃水浴加热超声分散1h，然后湿磨24h，然后在真空干燥箱中干燥，过筛即得分散良好的高熵碳化物粉体。
6.如权利要求3所述的含有梯度高熵硬质合金的刀具材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，干磨时间为2h，每磨5min，停2min；干磨后加入无水乙醇为分散溶剂，聚乙二醇为分散介质，制备高熵合金悬浮液；在100℃水浴加热超声分散1h，然后湿磨24h，然后在真空干燥箱中干燥，过筛即得分散良好的高熵合金粉体。
7.如权利要求3所述的含有梯度高熵硬质合金的刀具材料的制备方法，其特征在于，步骤3)中，分散溶剂为无水乙醇；分散剂为聚乙二醇：聚乙烯吡咯烷酮＝1：1的复式分散剂，复式分散剂加入量为石墨烯质量的80％；在100℃水浴加热超声分散60min。
8.如权利要求3所述的含有梯度高熵硬质合金的刀具材料的制备方法，其特征在于，步骤4)中，将wc粉体、高熵碳化物粉体、高熵合金粉体和/或墨烯悬浮液混合，在100℃水浴加热超声分散30min得到各梯度层粉体悬浮液；
9.如权利要求3所述的含有梯度高熵硬质合金的刀具材料的制备方法，其特征在于，步骤5)中，根据模具大小及梯度层厚度计算出各梯度层粉末重量，采用分层铺压法装料，将5层梯度粉体压制成型；采用液相+固相二步放电等离子烧结工艺：真空度保持在10pa以下，按150℃/min升温至1400-1550℃，保温1-5min然后按150℃/min冷却至1300-1350℃保温1-6h然后随炉冷却。
10.如权利要求9所述的含有梯度高熵硬质合金的刀具材料的制备方法，其特征在于，