一种高熵合金结合金刚石超硬复合材料及其制备方法技术

一种高熵合金结合金刚石超硬复合材料及其制备方法，其化学成分包括高熵合金结合剂和金刚石微粉；高熵合金结合剂的化学成分质量百分比为铝粉5‑25wt.％、锌粉15‑30wt.％、铜粉10‑35wt.％、铁粉10‑30wt.％、余量为钛粉，金刚石微粉的含量为高熵合金结合剂和金刚石微粉总量的10‑40wt.％；其制备方法是将上述金属粉在球磨机上球磨20‑60h，制得高熵合金结合剂，和金刚石微粉混合后装填入石墨磨具中，在2‑10MPa的压力下预压成型后进行放电等离子烧结，烧结压力20‑50MPa，烧结温度750‑1000℃，保温5‑30min，制得高熵合金结合金刚石超硬复合材料。本发明专利技术制备的高熵合金结合剂及其与金刚石复合烧结的烧结体具有更好的硬度和抗折强度。

【技术实现步骤摘要】
一种高熵合金结合金刚石超硬复合材料及其制备方法
本专利技术属于复合材料领域，特别涉及一种金刚石超硬复合材料及其制备方法。
技术介绍
目前金属结合剂主要以铜基结合剂、钴基结合剂体系等为主，向其中添加一些低温金属或合金、微量非金属元素等，以改变基体的烧结性能，增强对超硬磨粒的把持作用力。2007年苏宏华采用Fe粉与Ni-Cr合金结合剂，并添加金刚石与造孔剂混合均匀后，经堆积与震实，采用松装液相烧结的方法，使Ni-Cr合金有效钎接金刚石颗粒与Fe粉颗粒，最终使该结合剂对金刚石磨粒具有机械把持的物理作用以及Ni-Cr提供的化学结合作用[苏宏华.新型金属结合剂金刚石工具技术的基础研究[D].南京航空航天大学,2007]；2014年胡中伟等人在钨基金属结合剂中添加稀土元素进行改性，然后与金刚石粉末充分混合，冷压成型后进行真空热压烧结再进行热等静压烧结，经修整后得到金刚石超薄锯片成品。该结合剂显著提高了胎体对金刚石的把持力，增加了金刚石超薄锯片的耐磨性[胡中伟,徐西鹏,郭桦，等.稀土改性钨基结合剂金刚石超薄锯片及其制造方法:,CN104148642A[P].2014]；同年吴颖开发了新型Cu基结合剂Cu53Sn21Fe20Ni6，并添加CeO2、Cr以及Ti、Mo等元素进行胎体配方改良，并添加金刚石磨粒结成节块进行实际的磨削试验。结果表明CeO2对胎体的性能改变有限，而Cr元素能提高胎体的力学性能但对金刚石的粘结性能影响不大。Ti元素则可以提升胎体的力学性能和对金刚石的粘结性能。适量添加Mo虽会使组织不均匀趋势稍大但也可提升胎体性能及对金刚石的粘结性能[吴颖.新型金刚石工具铜基结合剂及其性能的研究[D].重庆大学,2014]；2006年TakemuraS等人以Cu为主体基体，添加Ti、Zr的金属间化合物作为硬质相，根据磨粒的不同和工具使用领域的不同通过添加Al、Sn等元素进行胎体性能调节。可应用的磨粒有氧化铝、金刚石、cBN、碳化硅以及硬质合金[TakemuraS,IshikawaT.Metal-bondedgrindingtool:US,US6994614[P].2006]；2008年LinCS等人研究发现Ti的添加使Cu15Sn10Ti基体与金刚石磨粒之间的结合加强。[LinCS,YangYL,LinST.Performancesofmetal-bonddiamondtoolsingrindingalumina[J].JournalofMaterialsProcessingTechnology,2008,201(1–3):612-617]；2016年冯海洲等人在含Fe、Co、Ni、Cu、Sn等元素的金属结合剂中添加镀Ti或Cr的金刚石烧结成块体并制成230激光焊接锯片，结果表明Ti易扩散到胎体中，提高了金刚石边缘0.5～0.7mm范围内胎体的硬度和耐磨性，强化了胎体对金刚石的把持力[FengHZ,DongSS.DiscussionontheMechanismoftheFunctioningofPlatedDiamondinMetalBond[J].SuperhardMaterialEngineering,2016]。目前，超硬磨具金属结合剂的强度、耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性等均不能完全满足实际切削加工的要求，尤其是在切割硬脆材料的时候，超硬磨具的整体强度和锋利度不够，在高温切割过程中因温度过高，结合剂易出现软化的现象。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有更好的硬度和抗折强度的高熵合金结合金刚石超硬复合材料及其制备方法。本专利技术的高熵合金结合金刚石超硬复合材料的化学成分包括高熵合金结合剂和金刚石微粉；高熵合金结合剂的化学成分质量百分比为铝粉5-25wt.％、锌粉15-30wt.％、铜粉10-35wt.％、铁粉10-30wt.％、余量为钛粉；金刚石微粉的含量为高熵合金结合剂和金刚石微粉总量的10-40wt.％；以上金属粉末为单质粉，纯度为99.5％，目数为200-500目；金刚石粉末的粒度为10-90μm。上述高熵合金结合金刚石超硬复合材料的制备方法：(1)将铝粉、锌粉、铜粉、铁粉和钛粉在行星球磨机上进行球磨，球磨时间为20-60h，球料比为10:1，球磨转速为200-400r/min，正反转交替运行，正转1h停机30min，再反转1h，循环往复，球磨过程中每隔10h滴入过程控制剂，所述控制剂为工业乙醇(分析纯≥99.7％)，滴入量为0.2mL/10g金属粉；(2)向合成好的高熵合金结合剂粉末中添加金刚石微粉，将混合原料装填入石墨磨具中，在2-10MPa的压力下预压成型后进行放电等离子(SPS)烧结，烧结压力20-50MPa，烧结温度750-1000℃，以137℃/min的升温速率从室温升到571℃，以7℃/min的升温速率从571℃升到600℃，在600℃保温10min，以50℃/min的升温速率从600℃升到850℃，再分别以100℃/min、150℃/min、200℃/min的升温速率从850℃分别升温到900℃、950℃、1000℃，达到烧结温度后保温5-30min，制得高熵合金结合金刚石超硬复合材料。本专利技术与相应技术相比具有如下优点：制备的高熵合金结合剂及其与金刚石复合烧结的烧结体具有更好的硬度和抗折强度。附图说明图1是本专利技术实施例1制备的高熵合金结合金刚石超硬复合材料烧结体图。图2是本专利技术实施例1制备的高熵合金结合剂金刚石超薄切割片图。图3是本专利技术实施例1制备的高熵合金结合剂高温热稳定性曲线图。图4是本专利技术实施例1制备的高熵合金结合金刚石复合烧结体物相X射线衍射图。图5是本专利技术实施例1900℃/30MPa/20min条件下30wt.％金刚石与高熵合金在复合烧结体扫描电镜图，图中(a)400倍；(b)2000倍；(c)3000倍。图6是本专利技术实施例1复合烧结体中结合剂与金刚石界面能谱线图，图中:(a)C(金刚石)；(b)Al；(c)Ti；(d)Fe；(e)Zn；(f)Cu。具体实施方式：实施例1按质量百分比，将10wt.％的铝粉、25wt.％的锌粉、25wt.％的铜粉、22wt.％的铁粉、18wt.％的钛粉放入WC硬质合金罐中，所有金属粉的纯度为99.5％，目数为200目，球料比10:1，球磨介质为WC硬质合金球，在手套箱过渡舱中进行反复洗气(氩气)后放入操作腔体内，盖上密封盖，保证罐内氩气环境下取出放入型号为QM-3SP4的行星球磨机中，球磨转速为250r/min，正反转交替运行，正转1h停机30min，再反转1h，循环往复，待球磨时间为10h、20h、30h时滴入控制剂，所述控制剂为工业乙醇(分析纯≥99.7％)，滴入量为0.2ml/10g粉料，球磨40h后将粉料全部取出。向经球磨形成的高熵合金结合剂粉末中添加高熵合金结合剂和金刚石微粉总量的10wt.％粒径为20μm的金刚石微粉，装填入石墨模具中，用油压机在2MPa的压力预压成型后，放入型号为LABOXTM-110的SPS放电等离子烧结机中进行烧结；充入氩气保护，加压，压力设定为30MPa，以137℃/min的升温速率从室温升到571℃，以7℃/min的升温速率从571℃升到600℃，在600℃保温10min，以50℃/min的升温速率从本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高熵合金结合金刚石超硬复合材料，其特征在于：其化学成分包括高熵合金结合剂和金刚石微粉，所述高熵合金结合剂的化学成分质量百分比为铝粉5‑25、锌粉15‑30、铜粉10‑35、铁粉10‑30、余量为钛粉，金刚石微粉的含量为高熵合金结合剂和金刚石微粉总量的10‑40wt.％。

【技术特征摘要】
1.一种高熵合金结合金刚石超硬复合材料，其特征在于：其化学成分包括高熵合金结合剂和金刚石微粉，所述高熵合金结合剂的化学成分质量百分比为铝粉5-25、锌粉15-30、铜粉10-35、铁粉10-30、余量为钛粉，金刚石微粉的含量为高熵合金结合剂和金刚石微粉总量的10-40wt.％。2.根据权利要求1所述的高熵合金结合金刚石超硬复合材料，其特征在于：所有金属粉末为单质粉，纯度为99.5％，目数为200-500目；金刚石微粉粒度为10-90μm。3.权利要求1所述的高熵合金结合金刚石超硬复合材料的制备方法，其特征在于：(1)将铝粉、锌粉、铜粉、铁粉和钛粉在行星球磨机上进行球磨，球磨时间为20-60h，球料比为10:1，球磨转速为200-400r/min，正反转交替运行，正转1h停机30min，再反...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹芹，李艳国，王明智，李瑞，赵玉成，贺文全，党赏，罗文齐，陈伟东，熊建超，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13