[發明專利]硬質高熵合金復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201711284615.1
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN108060322B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 劉詠;周睿;劉彬
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C1/05;B22F3/105
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 魏龍霞

本發明公開了一種硬質高熵合金復合材料的制備方法，包括以下步驟：(1)選取超硬材料粉、合金元素粉為原料，其中，所述合金元素粉選自Fe粉、Co粉、Cr粉、Ni粉、Mn粉以及前述任意三種或者三種以上元素組成的合金粉末；所述超硬材料粉選自WC合金粉、BN粉、金剛石粉中的一種或幾種；(2)將步驟(1)中選取的原料進行球磨處理，得到細晶粉末；(3)將所述細晶粉末進行放電等離子燒結，隨爐冷卻，所得燒結塊體即為硬質高熵合金復合材料。本發明采用FeCoCrNiMn等塑性優異的高熵合金作為基體，加入WC、立方BN等超硬顆粒作為增強相，可以使產品獲得很高硬度的同時，降低硬質高熵原料的成本、產品的密度與制備難度。

技術領域

本發明屬于合金材料領域，尤其涉及一種采用粉末冶金法制備硬質高熵合金復合材料的方法。

背景技術

粉末冶金工具鋼具有高強度、高硬度和耐磨性等優勢，在模具、切削刀具、軋輥等領域應用非常廣泛。但是，由于該類材料含有合金元素種類多且碳化物構成復雜，顯微組織、相結構和碳化物顆粒的形貌控制難。同時，由于粉末冶金工具鋼的塑性低、韌性較差，在工模具的制備加工方面難度大。通過改變工具鋼的基體成分，有可能提高其塑性。高熵合金的合金元素含量也較高，但種類相對較少，而且相組織結構簡單，韌性好，可以作為工具鋼潛在的基體材料。另外，高熵合金普遍具有耐高溫氧化的特點，在高熵合金成分基礎上，通過添加或者原位析出硬質碳化物，開發高耐磨性、高韌性抗高溫氧化的工模具材料，具有非常重要的工程意義。

現有技術中的硬質高熵合金主要是采用難熔金屬元素制備，例如MoTaWNbV,WMoNbZr,TaNbVZr等。雖然這類高熵合金也具有較高的硬度，但采用的原料成本高且材料密度較大，材料熔點高、制備能耗大，對制備設備有挑戰。

目前，多主元高熵合金塊體的制備主要是采用真空熔煉的方法。但硬質材料的熔點一般很高，熔煉的方法很難熔化，如WC等硬質相，并且熔煉過程的能量消耗也很大。另外，鑄造過程中會產生熱膨脹和冷凝，從而導致鑄態高熵合金塊體內應力大；并且，鑄態的高熵合金晶粒尺寸較大，內部成分偏析顯著，空隙以及縮孔等缺陷較多，這也影響了鑄態高熵合金的性能；加之鑄態高熵合金多數脆性較大，從而限制合金的進一步應用。粉末冶金工藝具有工藝流程短、設備投入小、能量消耗小等優點。粉末冶金工藝可以制備硬質合金之類的硬質復合材料。因此粉末冶金技術也是制備硬質高熵合金的潛在技術之一。常規的粉末冶金工藝中，成形工藝通常采用模壓法，但模壓法成形過程中粉末與模壁間存在摩擦，且硬質顆粒有很高的硬度，使得模壓成形制得的生坯有孔隙度高的缺陷，從而導致了成品的力學性能偏低；而且，通常磨壓后的燒結時間較長，材料內組織長大現象明顯，從而降低了材料的力學性能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種采用粉末冶金法制備硬質高熵合金復合材料的方法。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種硬質高熵合金復合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)選取超硬材料粉、合金元素粉為原料，其中，所述合金元素粉選自Fe粉、Co粉、Cr粉、Ni粉、Mn粉以及前述任意三種以上元素組成的合金粉末；所述超硬材料粉選自WC合金粉、BN粉、金剛石粉中的一種或幾種；

(2)將步驟(1)中選取的原料進行球磨處理，得到細晶粉末；

(3)將所述細晶粉末進行放電等離子燒結，隨爐冷卻，所得燒結塊體即為硬質高熵合金復合材料。

上述的制備方法，優選的，所述原料中，超硬材料粉的原子含量不高于70％。

上述的制備方法，優選的，所述超硬材料粉的粒度為-200目～-600目，所述合金元素粉的粒度為-200目～-300目。