一种用于电火花沉积的高熵合金电极及其组合方式、沉积方法

本发明涉及一种高熵合金电极及其组合方式、沉积方法，尤其涉及一种用于电火花沉积的高熵合金电极及其组合方式、沉积方法，属于机械加工。

背景技术：

1、电火花沉积加工是一种脉冲微弧焊工艺，是利用电容储存电能，在沉积电极和工件之间形成高频脉冲微电弧放电，用高电流的短脉冲把电极材料沉积到基体金属表面，并通过沉积电极移动形成连续涂层的过程。其中在沉积电极材料的选择上，高熵合金是一个较好的选择。由于高熵合金具有耐磨性、热稳定性、化学稳定性、良好的导电性能以及多功能性等优势，所以该材料是一种在电火花沉积加工领域有广阔应用前景的新兴电极材料。

2、但是高熵合金做电极也存在一些缺点，例如：1.成本较高：由于高熵合金通常由钛(ti)、镍(ni)、铬(cr)、钴(co)等多种成本较高的合金元素组成。制备开始时，需要加工出所需几种金属的原材料粉末，其制备成本相对较高。而且原材料熔炼后产生的高熵合金毛坯在切割加工时会产生切屑，造成材料的大量浪费。2.制备工艺复杂：高熵合金的制备工艺相对复杂，需要严格控制合金成分和熔炼工艺，以确保其稳定性和均匀性，并且原材料的熔炼非常耗时，增加了制备成本和工艺方面的难度。3.加工生产出的高熵合金电极难以调整内部元素占比，只能用于特定加工需求的情况，灵活性较差。

技术实现思路

1、为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种用于电火花沉积的高熵合金电极及其组合方式、沉积方法。针对目前高熵合金电极在电火花沉积应用上的不足之处，本发明采用不同于以往复杂的高熵合金制备工艺，通过将参与高熵合金的几种不同金属单质或合金先切割成扇形柱体，以拼接的方式进行组合，形成一种新形式的高熵合金电极，同时使用高熵合金作为电极，可以利用高熵合金材料本身的优势来强化加工效果。

2、为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于电火花沉积的高熵合金电极的组合方式，该高熵合金电极的组合方式为：选择所需要的五种金属元素，并将其分别加工成金属棒，且该金属棒所对应的横截面呈对应金属所占百分比的扇形，加工完毕后，通过套筒将上述五种金属元素拼接并夹紧成一体，即完成高熵合金电极的组合。

3、优选的，该高熵合金电极至少为五元高熵合金电极，五元高熵合金包含的金属元素选自s区金属元素、p区金属元素、d区金属元素中的至少五种，各金属元素的原子百分比为：5％～35％。

4、优选的，金属元素选自铁(fe)、钴(co)、镍(ni)、铜(cu)、铬(cr)、钼(mo)、钛(ti)、锆(zr)、铪(hf)、钽(ta)、铝(al)、镁(mg)、锡(sn)、铅(pb)中的至少五种。各金属元素的原子百分比可以相同也可以不同；各金属元素的原子百分比分别独立地包括但不限于为5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％。

5、一种用于电火花沉积的高熵合金电极的沉积方法，沉积方法包括以下步骤：

6、步骤一、将电动推杆安装于机架上，并将其输出端与沿水平方向设置的连接杆相连接，将连接杆的另一端与机床主轴紧固相接；

7、步骤二、将完成组合的高熵合金电极安装于机床主轴的输出端，将待加工工件放置于加工平台上；

8、步骤三、首先机床主轴带动高熵合金电极进行高速转动；

9、步骤四、然后接通电源，利用脉冲电路的充放电，使得高熵合金电极上的各种金属材料被熔化，并向工件的表面沉积，在电动推杆以及加工平台的配合作用下，完成对工件表面的沉积；

10、步骤五、沉积完毕后，对工件进行热扩散处理工艺：使用马弗炉进行热处理，温度为400℃-600℃，处理时间不少于2h。

11、优选的，在放电沉积过程中，电动推杆用于控制机床主轴在z轴方向的升降，x轴平台与y轴平台控制工件在水平方向上的位置，以满足加工路线行程的需要。

12、优选的，加工平台包括位于上方的x轴平台、以及位于下方的y轴平台，x轴平台、y轴平台均选自电动单轴运动模组，x轴平台使工件实现x轴方向的位移与位置控制；y轴平台使工件实现y轴方向的位移与位置控制。

13、优选的，机床主轴的转速大于等于10000rpm。

14、优选的，高熵合金电极与工件之间的接触力大于等于1.6n。

15、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

16、1)改变了高熵合金电极的形式，通过将参与高熵合金的几种不同金属单质或合金以拼接的方式进行组合，形成一种高熵合金电极，以此达到放电沉积时高熵合金作电极的效果。

17、2)高熵合金电极的组成部分及其比例是可调的，提高了电极材料准备过程中的便捷性。

18、3)通过将电极转速提高至远高于传统电火花沉积中的转速，将沉积过程中电极熔化的各种金属材料进行充分均匀的搅拌。

19、4)略微增加电极与工件之间的接触力，来加强对熔化金属材料的搅拌作用，稳定电弧且减少飞溅，提高沉积层的表面质量。

20、5)机床主轴通过连接杆搭载于电动推杆上来完成z轴方向上下位置的移动及接触力的精细控制，并且本发明将电极与工件之间的接触力略微增大，以增强对熔化金属材料的搅拌作用。

21、6)x轴平台和y轴平台搭载于机架前端，实现工件在x轴和y轴方向上的位移与位置控制。

技术特征：

1.一种用于电火花沉积的高熵合金电极的组合方式，其特征在于：该高熵合金电极的组合方式为：选择所需要的五种金属元素，并将其分别加工成金属棒，且该金属棒所对应的横截面呈对应金属所占百分比的扇形，加工完毕后，通过套筒将上述五种金属元素拼接并夹紧成一体，即完成高熵合金电极的组合。

2.根据权利要求1所述的用于电火花沉积的高熵合金电极的组合方式，其特征在于：该高熵合金电极至少为五元高熵合金电极，五元高熵合金包含的金属元素选自s区金属元素、p区金属元素和d区金属元素中的至少五种，各金属元素的原子百分比为：5％～35％。

3.根据权利要求2所述的用于电火花沉积的高熵合金电极，其特征在于：所述金属元素选自铁、钴、镍、铜、铬、钼、钛、锆、铪、钽、铝、镁、锡和铅中的至少五种。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的用于电火花沉积的高熵合金电极的沉积方法，其特征在于：沉积方法包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的用于电火花沉积的高熵合金电极的沉积方法，其特征在于：在放电沉积过程中，电动推杆用于控制机床主轴在z轴方向的升降，x轴平台与y轴平台控制工件在水平方向上的位置，以满足加工路线行程的需要。

6.根据权利要求4所述的用于电火花沉积的高熵合金电极的沉积方法，其特征在于：所述加工平台包括位于上方的x轴平台、以及位于下方的y轴平台，x轴平台、y轴平台均选自电动单轴运动模组，x轴平台使工件实现x轴方向的位移与位置控制；y轴平台使工件实现y轴方向的位移与位置控制。

7.根据权利要求4所述的用于电火花沉积的高熵合金电极的沉积方法，其特征在于：所述机床主轴的转速大于等于10000rpm。

8.根据权利要求4所述的用于电火花沉积的高熵合金电极的沉积方法，其特征在于：所述高熵合金电极与工件之间的接触力大于等于1.6n。

技术总结本发明公开了一种用于电火花沉积的高熵合金电极及其组合方式、沉积方法，该高熵合金电极至少为五元高熵合金电极，五元高熵合金包含的金属元素选自s区金属元素、p区金属元素、d区金属元素中的至少五种，各金属元素的原子百分比为：5％<subgt;～</subgt;35％。组合方式为：选择所需要的五种金属元素，并将其分别加工成金属棒，且该金属棒所对应的横截面呈对应金属所占百分比的扇形，加工完毕后，通过套筒将上述五种金属元素拼接并夹紧成一体，即完成高熵合金电极的组合。沉积方法为：接通电源，利用脉冲电路的充放电，使得高熵合金电极上的各种金属材料被熔化，并向工件的表面沉积。本发明的制备流程短，降低了电极加工过程中的成本，电极材料元素成分方便调整。技术研发人员：王侃,韩腾飞,李亚东,刘勇,张勤河受保护的技术使用者：山东大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5