本发明属于铜合金及其制造，具体涉及一种基于高熵合金和多组元水性润滑涂层的铜合金热挤压模具材料及其制备方法。
背景技术：
1、热挤压模具是最终决定金属型材热挤压制品的品质、表面质量和尺寸精度的关键工具。4cr5mosiv1材料(对应美国h13牌号)具有较高的强度、疲劳性、韧性、耐磨性和耐回火等属性，广泛用于制造业中成型各种金属产品的热挤压模具。国内铜合金挤压模具基本使用的是4cr5mosiv1材料。然而，在铜及铜合金热挤压过程中，4cr5mosiv1材料模具在服役过程中承受高温、高压、磨损、冷热疲劳和金属冲刷等，常出现碎裂、裂纹、磨损、黏钢等现象。研究发现，在冷热交替疲劳作用下，4cr5mosiv1模具表面易掉铁块，在挤压过程被带入铜管表面，导致铜管表面产生夹杂质量问题而报废。
2、高熵合金是由五个以上的元素组元按照等原子比或接近于等原子比合金化构成的新颖合金材料，具有强度高、硬度高、耐蚀性好、高温抗氧化性好等诸多优异性能。其中，cocrfenicu基高熵合金因其优异的综合性能而备受人们关注。ti3sic2作为一种新型陶瓷材料，具有高熔点、高热稳定性、良好的抗氧化性和抗热震性以及在高温下仍能保持较高的强度，作为增强相可以进一步提高cocrnicufe高熵合金的强度。同时，ti3sic2在高温下表面形成的氧化物具有一定的自润滑性能，使其在高温环境中具有更低的摩擦系数和更良好的耐磨性能。
3、采用合理的润滑方式可以降低挤压力，延长模具使用寿命，提高制品质量，降低挤压能耗。在铜合金挤压过程中，目前较常采用菜籽油、液压油、猪油等动植物油或者石墨、二硫化钼等作为润滑剂。但是，润滑油氧化安定性较差、易挥发。由于铜合金挤压过程中的高温作用，润滑油黏结在铜管表面，直接影响铜管的表面质量。水性润滑剂则可以避免油性润滑剂对铜合金表面的污染。此外，石墨、二硫化钼等润滑剂在400℃开始氧化，其润滑效果显著下降，在600℃就由于被完全氧化而失去润滑效果。而上述提到的ti3sic2在高温段(400℃～800℃)具有良好的润滑效果。由此可见，采用石墨、二硫化钼、ti3sic2等多组元润滑剂可以在中低温段和高温段都获得良好的润滑抗磨效果。需要指出的是，若润滑剂的附着力差，挤压过程润滑剂会出现脱落，难以达到有效润滑的目的。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种包括粉末冶金型cocrnicufe高熵合金自润滑基体和表面多组元水性润滑涂层的铜合金热挤压模具材料及其制备方法。
2、为了解决上述技术问题，本发明提供了这样一种基于高熵合金和多组元水性润滑涂层的铜合金热挤压模具材料制备方法，包括以下步骤：
3、s1、cocrnicufe高熵合金自润滑基体的制备：
4、s11、球磨混料：首先，将cocrnicufe高熵合金粉末和ti3sic2粉末与硬质球一同放入高能球磨罐中，再将高能球磨罐放入行星式球磨机中球磨获得复合粉末。
5、s12、放电离子烧结：将球磨获得的复合粉末装入石墨模具中，先使用冷压机在400mpa～600mpa压力下进行预压20s～60s成型，再将压实的石墨模具放入放电离子烧结机中进行热压烧结获得坯料，整个烧结过程通入氮气和氢气的混合气体或真空条件下进行。
6、s2、坯料表面多组元水性润滑涂层的制备：
7、s21、多组元润滑液配置：将高硼硅酸盐玻璃粉、石墨润滑剂、二硫化钼润滑剂、钛碳化硅润滑剂、硅烷偶联剂、交联剂和增塑剂添加至去离子水中，与硬质球一同放入高能球磨罐中，再将高能球磨罐放入行星式球磨机中球磨获得多组元润滑液。
8、s22、坯料表面水性润滑涂层制备：
9、s221、坯料表面亲水性处理：首先，将3g～10g聚乙烯醇溶解于100g二甲基亚飒溶液中，在50℃～90℃下磁力搅拌2h～5h，待其溶解完全后，再加入100g聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮，继续磁力搅拌1h～3h，混合均匀，获得亲水性溶液；然后，将亲水性溶液涂覆在坯料表面，自然风干后再置于20℃～60℃下真空干燥1h～3h即完成对坯料表面亲水性处理；
10、s222、坯料表面水性润滑涂层涂覆：将亲水性处理后的坯料预热到90℃并进行均热，将步骤s21获得的多组元润滑液涂覆在均热的坯料表面，自然风干后再置于100℃～140℃下真空干燥2h～5h，即获得基于高熵合金和多组元水性润滑涂层的铜合金热挤压模具材料。
11、作为本发明的一些实施例，步骤s11中，以质量分数计，包括高熵合金粉末60wt％～90wt％、ti3sic2粉末10wt％～40wt％。
12、作为本发明的一些实施例，步骤s11中，球磨转速为300r/min～400r/min，球料质量比为5：1～20：1，球磨时间为10h～30h，硬质球为氧化锆球。
13、作为本发明的一些实施例，步骤s11中，所述cocrnicufe高熵合金粉末的形态为球形粉末，粒径不超过50μm；所述ti3sic2粉末的形态为片状粉末，粒径不超过50μm。
14、作为本发明的一些实施例，步骤s12中，所述热压烧结时压力为50mpa～80mpa，升温速率为10℃/min～30℃/min，温度达到1200℃～1650℃后保持30min～60min。
15、作为本发明的一些实施例，步骤s12中，通入氮气和氢气的混合气体中，氮气和氢气的体积比为4：1。
16、作为本发明的一些实施例，步骤s21中，所述多组元润滑液组分包括：20wt％～25wt％高硼硅酸盐玻璃粉、3wt％～5wt％石墨润滑剂、3wt％～5wt％二硫化钼润滑剂、5wt％～10wt％钛碳化硅润滑剂、5wt％～10wt％硅烷偶联剂，2wt％～5wt％交联剂、5wt％～8wt％增塑剂和32wt％～57wt％的去离子水。
17、作为本发明一些实施例的优选，所述高硼硅酸盐玻璃粉、石墨润滑剂、二硫化钼润滑剂、钛碳化硅润滑剂均为微米级别润滑材料，粒径不大于50μm。
18、作为本发明一些实施例的优选，所述交联剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，增塑剂为邻苯二甲酸酯。
19、作为本发明的一些实施例，步骤s21中，球磨转速为200r/min～300r/min，球料质量比为3：1～8：1，球磨时间为5h～10h，所述硬质球为氧化锆球。
20、作为本发明一些实施例的优选，步骤s221中，将10g聚乙烯醇溶解于100g二甲基亚飒溶液中，在90℃下磁力搅拌5h，待其溶解完全后，再加入100g聚乙烯吡咯烷酮，继续磁力搅拌3h混合均匀。
21、本发明还提供了一种基于高熵合金和多组元水性润滑涂层的铜合金热挤压模具材料，该铜合金热挤压模具材料由上述任一制备方法制备而成。
22、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：采用cocrnicufe高熵合金作为热挤压铜及铜合金模具的基材，其本身具有强度高、硬度高、耐蚀性强、耐磨损性强、抗氧化性强和热稳定性优异等特点；再以具有高熔点、高热稳定性、良好的抗氧化性以及在高温下自润滑的ti3sic2的作为增强相，可以进一步提高cocrnicufe高熵合金的强度，并使其在高温环境中具有更好的润滑抗磨性。
23、在此基础上，再在其表面引入多组元水性润滑涂层，多组元水性润滑涂层中的高硼硅酸盐玻璃粉润滑剂在高温下形成熔融态本身具有一定润滑能力，再加上二硫化钼、石墨等二维层状润滑材料在中低温段的润滑有效性和三元层状ti3sic2的高温自润滑性，从而全方位复合改善热挤压模具材料的润滑性能，降低摩擦系数，实现高温环境下的润滑效果，提高铜合金热挤压的加工质量。同时，采用了高黏附性的亲水性溶液对模具坯料表面进行亲水性处理，提高多组元水性润滑涂层在模具表面的粘附性。
1.一种基于高熵合金和多组元水性润滑涂层的铜合金热挤压模具材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于高熵合金和多组元水性润滑涂层的铜合金热挤压模具材料制备方法，其特征在于，步骤s11中，以质量分数计，包括高熵合金粉末60wt％～90wt％、ti3sic2粉末10wt％～40wt％。
3.根据权利要求1所述的一种基于高熵合金和多组元水性润滑涂层的铜合金热挤压模具材料制备方法，其特征在于，步骤s11中，球磨转速为300r/min～400r/min，球料质量比为5：1～20：1，球磨时间为10h～30h，硬质球为氧化锆球。
4.根据权利要求1所述的一种基于高熵合金和多组元水性润滑涂层的铜合金热挤压模具材料制备方法，其特征在于，步骤s11中，所述cocrnicufe高熵合金粉末的形态为球形粉末，粒径不超过50μm；所述ti3sic2粉末的形态为片状粉末，粒径不超过50μm。
5.根据权利要求1所述的一种基于高熵合金和多组元水性润滑涂层的铜合金热挤压模具材料制备方法，其特征在于，步骤s12中，所述热压烧结时压力为50mpa～80mpa，升温速率为10℃/min～30℃/min，温度达到1200℃～1650℃后保持30min～60min；通入氮气和氢气的混合气体时，氮气和氢气的体积比为4：1。
6.根据权利要求1所述的一种基于高熵合金和多组元水性润滑涂层的铜合金热挤压模具材料制备方法，其特征在于，步骤s21中，所述多组元润滑液组分包括：20wt％～25wt％高硼硅酸盐玻璃粉、3wt％～5wt％石墨润滑剂、3wt％～5wt％二硫化钼润滑剂、5wt％～10wt％钛碳化硅润滑剂、5wt％～10wt％硅烷偶联剂，2wt％～5wt％交联剂、5wt％～8wt％增塑剂和32wt％～57wt％的去离子水。
7.根据权利要求6所述的一种基于高熵合金和多组元水性润滑涂层的铜合金热挤压模具材料制备方法，其特征在于，所述高硼硅酸盐玻璃粉、石墨润滑剂、二硫化钼润滑剂、钛碳化硅润滑剂均为微米级别润滑材料，粒径不大于50μm；所述交联剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，增塑剂为邻苯二甲酸酯。
8.根据权利要求1所述的一种基于高熵合金和多组元水性润滑涂层的铜合金热挤压模具材料制备方法，其特征在于，步骤s21中，球磨转速为200r/min～300r/min，球料质量比为3：1～8：1，球磨时间为5h～10h，所述硬质球为氧化锆球。
9.根据权利要求1所述的一种基于高熵合金和多组元水性润滑涂层的铜合金热挤压模具材料制备方法，其特征在于，步骤s221中，将10g聚乙烯醇溶解于100g二甲基亚飒溶液中，在90℃下磁力搅拌5h，待其溶解完全后，再加入100g聚乙烯吡咯烷酮，继续磁力搅拌3h混合均匀。
10.一种基于高熵合金和多组元水性润滑涂层的铜合金热挤压模具材料，其特征在于，该铜合金热挤压模具材料通过权利要求1～9任意一项所述的制备方法制备而成。
