镶嵌颗粒增强的高熵合金基纳米超硬复合材料及其制备方法技术

本申请公开了一种镶嵌颗粒增强的高熵合金基纳米超硬复合材料及其制备方法，涉及金属基复合材料技术领域，该复合材料中的增强相颗粒与高熵合金基体的润湿性好，且具有良好的界面结合，能提高复合材料的耐磨性，且可以有效地避免增强相颗粒在摩擦过程中脱落。复合材料包括高熵合金基体和增强相颗粒，增强相颗粒分散于高熵合金基体中，高熵合金基体包括基础基体和强化基体，基础基体包括Al、Co、Cr、Fe、Ni、Mn，强化基体包括Mo、Nb、Zr，增强相颗粒包括WC、TiC。TiC。TiC。

Embedded particle reinforced high entropy alloy based nano superhard composite and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
镶嵌颗粒增强的高熵合金基纳米超硬复合材料及其制备方法


[0001]本申请涉及金属基复合材料
，尤其是涉及一种镶嵌颗粒增强的高熵合金基纳米超硬复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]传统的复合材料通常以单一或二元金属作为基体加入增强相提高其强度、硬度，但是这样制备出的材料往往有性能单一等缺点。例如Fe基复合材料有良好的耐蚀性，但是硬度和耐磨性有限。为了解决上述问题，人们将综合力学性能良好的高熵合金作为基体材料，加入硬质增强相制备成复合材料，极大的增强了材料的耐磨性。高熵合金基复合材料的研究及发展满足了更多恶劣工作条件下的需求，各种性能的叠加使材料已有性能得到提高或是进一步获得新的特性。
[0003]高熵合金基复合材料在作为耐磨零件材料和高温结构件材料方面有着巨大潜力，其综合了增强相和高熵合金基体的优异性能，有十分广阔的应用前景广阔。然而，相关技术中的高熵合金基复合材料，存在增强相与高熵合金基体的润湿性较差、界面结合性差的缺点。

技术实现思路

[0004]本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请的一个目的在于提出一种镶嵌颗粒增强的高熵合金基纳米超硬复合材料，该复合材料中的增强相颗粒与高熵合金基体的润湿性好，且具有良好的界面结合，能提高复合材料的耐磨性，且可以有效地避免增强相颗粒在摩擦过程中脱落。
[0005]本申请的另一个目的在于提出一种镶嵌颗粒增强的高熵合金基纳米超硬复合材料的制备方法。
[0006]本申请的再一个目的在于提出一种镶嵌颗粒增强的高熵合金基纳米超硬复合材料，该复合材料由上述的制备方法制备而成。
[0007]第一方面，本申请提供一种镶嵌颗粒增强的高熵合金基纳米超硬复合材料，包括：高熵合金基体和增强相颗粒，增强相颗粒分散于高熵合金基体中，高熵合金基体包括基础基体和强化基体，基础基体包括Al、Co、Cr、Fe、Ni、Mn，强化基体包括Mo、Nb、Zr，增强相颗粒包括WC和TiC。
[0008]本申请提供的镶嵌颗粒增强的高熵合金基纳米超硬复合材料，WC和TiC的硬度高，能有效地提高复合材料的耐磨性能，且增强相颗粒WC和TiC中氮元素的原子半径较小，可以在材料中形成间隙固溶体，产生固溶强化效应，提高复合材料的抗变形能力。将经过球磨细化后的纳米级粉末进行烧结加工，材料中的增强相颗粒WC和TiC不仅可以起到承载作用，而且可以阻碍位错运动，降低晶粒长大速率，产生纳米细晶强化效应和第二相协同强化效应，使复合材料的耐磨性得到极大提升。另外，本申请中的增强相颗粒WC、TiC与高熵合金基体中的Al、Co、Cr、Fe、Ni、Mn、Mo、Nb、Zr金属元素之间具有良好的润湿性，保证高熵合金基体与
增强相颗粒的良好结合，能有效地提高增强相颗粒与高熵合金基体的结合牢靠性，避免复合材料在使用过程中，增强相颗粒在摩擦过程中脱落而出现加剧材料磨损的现象。此外，在摩擦磨损环境下，复合材料在使用的过程中，经摩擦升温，Al、Nb、Zr、Cr元素能在复合材料表面形成连续、致密的氧化层，这样，可以有效降低复合材料与接触物体之间的摩擦系数，进而能够减小复合材料在使用过程中的磨损量，延长复合材料的使用寿命，降低复合材料的使用成本。
[0009]在本申请的一些实施例中，增强相颗粒的质量分数大于或等于5％且小于或等于30％
[0010]在本申请的一些实施例中，高熵合金基体中，Al、Co、Cr、Fe、Ni、Mn的质量分数均大于或等于10％。
[0011]在本申请的一些实施例中，高熵合金基体中，强化基体的质量分数小于或等于5％。也即是，Mo、Nb和Zr的总质量分数小于或等于5％。
[0012]第二方面，本申请提供一种的镶嵌颗粒增强的高熵合金基纳米超硬复合材料的制备方法，包括：称取Al粉末、Co粉末、Cr粉末、Fe粉末、Ni粉末、Mn粉末、Mo粉末、Nb粉末、Zr粉末、WC粉末、TiC粉末，并混合均匀形成复合材料粉末；对复合材料粉末进行球磨处理，使复合材料粉末纳米化，得到纳米晶粉末；对纳米晶粉末进行烧结处理，得到块体复合材料。
[0013]本申请的制备方法，以Al、Co、Cr、Fe、Ni、Mn、Mo、Nb、Zr、WC、TiC等粉末为原材料，通过粉末冶金法结合放电等离子烧结技术进行制备，使粉末在球磨过程中破碎、细化并均匀固溶后装至石墨模具，放入炉中在不同烧结温度下固结成块状，再使用球
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盘往复式摩擦磨损试验机进行试验测试其耐磨性能。高熵合金作基体的复合材料具有优异的综合力学性能，相较于传统金属基复合材料可以满足更恶劣工作条件下的耐磨需求。本制备方法中，WC、TiC等氮化物增强相颗粒的加入极大的提高了基体材料的硬度和强度，Al、Nb、Zr、Cr元素在摩擦磨损过程中形成的氧化层具有“润滑”作用，使摩擦系数降低，磨损量减少，有效改善了复合材料的耐磨性。
[0014]在本申请的一些实施例中，Al粉末、Co粉末、Cr粉末、Fe粉末、Ni粉末、Mn粉末、Mo粉末、Nb粉末、Zr粉末、WC粉末、TiC粉末的纯度不低于99.95％。
[0015]在本申请的一些实施例中，Al粉末、Co粉末、Cr粉末、Fe粉末、Ni粉末、Mn粉末、Mo粉末、Nb粉末、Zr粉末、WC粉末、TiC粉末的粒度均大于或等于30μm且小于或等于50μm。
[0016]在本申请的一些实施例中，对复合材料粉末进行球磨处理，使复合材料粉末纳米化，包括：在惰性气体环境下将复合材料粉末和分散剂密封进球磨罐中进行球磨，球磨过程中，球磨机的转速为300r/min，球磨时间为15h。
[0017]在本申请的一些实施例中，球磨过程中，球磨机每运行30min暂停20min～30min。
[0018]在本申请的一些实施例中，对纳米晶粉末进行烧结处理，包括：使用放电等离子体烧结炉对金属粉末进行烧结处理，将放电等离子体烧结炉内的温度加热至1050℃
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20℃，压力加至40MPa，保温10min后冷却至室温，制得块状复合材料。
[0019]第三方面，本申请提供一种镶嵌颗粒增强的高熵合金基纳米超硬复合材料，该复合材料由上述第二方面所述的制备方法制备而成。
[0020]本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
[0021]本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0022]图1是本申请一些实施例提供的镶嵌颗粒增强的高熵合金基纳米超硬复合材料的制备方法的流程图；
[0023]图2是本专利技术一些实施例提供的镶嵌颗粒增强的高熵合金基纳米超硬复合材料的扫描电镜照片；
[0024]图3是本专利技术另一些实施例提供的镶嵌颗粒增强的高熵合金基纳米超硬复合材料的扫描电镜照片；
[0025]图4是本专利技术又一些实施例提供的镶嵌颗粒增强的高熵合金基纳米超硬复合材料的扫描电镜照片；
[0026]图5是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镶嵌颗粒增强的高熵合金基纳米超硬复合材料，其特征在于，包括：高熵合金基体和增强相颗粒，所述增强相颗粒分散于所述高熵合金基体中，所述高熵合金基体包括基础基体和强化基体，所述基础基体包括Al、Co、Cr、Fe、Ni、Mn，所述强化基体包括Mo、Nb、Zr，所述增强相颗粒包括WC和TiC。2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述增强相颗粒的质量分数大于或等于5％且小于或等于30％。3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述强化基体质量分数小于或等于5％。4.一种根据权利要求1
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3中任一项所述的镶嵌颗粒增强的高熵合金基纳米超硬复合材料的制备方法，其特征在于，包括：按比例称取Al粉末、Co粉末、Cr粉末、Fe粉末、Ni粉末、Mn粉末、Mo粉末、Nb粉末、Zr粉末、所述WC粉末、所述TiC粉末，并混合均匀形成复合材料粉末；对所述复合材料粉末进行球磨处理，使所述复合材料粉末纳米化，得到纳米晶粉末；对所述纳米晶粉末进行烧结处理，得到块体复合材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述Al粉末、所述Co粉末、所述Cr粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈正，王汝江，赵李新，樊宇，许泉，刘猛，徐哲，蒋崴，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：