[發明專利]一種高熵合金結合金剛石超硬復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810617466.4
• 申請日: 2018-06-15
• 公開（公告）號: CN108950299B
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發明（設計）人: 鄒芹;李艷國;王明智;李瑞;趙玉成;賀文全;黨賞;羅文齊;陳偉東;熊建超
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C30/02;C22C30/06;C22C26/00;C22C1/05;B22F3/105
• 代理公司: 13116 秦皇島一誠知識產權事務所(普通合伙)
• 代理人: 崔鳳英

一種高熵合金結合金剛石超硬復合材料及其制備方法，其化學成分包括高熵合金結合劑和金剛石微粉；高熵合金結合劑的化學成分質量百分比為鋁粉5?25wt.％、鋅粉15?30wt.％、銅粉10?35wt.％、鐵粉10?30wt.％、余量為鈦粉，金剛石微粉的含量為高熵合金結合劑和金剛石微粉總量的10?40wt.％；其制備方法是將上述金屬粉在球磨機上球磨20?60h，制得高熵合金結合劑，和金剛石微粉混合后裝填入石墨磨具中，在2?10MPa的壓力下預壓成型后進行放電等離子燒結，燒結壓力20?50MPa，燒結溫度750?1000℃，保溫5?30min，制得高熵合金結合金剛石超硬復合材料。本發明制備的高熵合金結合劑及其與金剛石復合燒結的燒結體具有更好的硬度和抗折強度。

技術領域

本發明屬于復合材料領域，特別涉及一種金剛石超硬復合材料及其制備方法。

背景技術

目前金屬結合劑主要以銅基結合劑、鈷基結合劑體系等為主，向其中添加一些低溫金屬或合金、微量非金屬元素等，以改變基體的燒結性能，增強對超硬磨粒的把持作用力。2007年蘇宏華采用Fe粉與Ni-Cr合金結合劑，并添加金剛石與造孔劑混合均勻后，經堆積與震實，采用松裝液相燒結的方法，使Ni-Cr 合金有效釬接金剛石顆粒與Fe粉顆粒，最終使該結合劑對金剛石磨粒具有機械把持的物理作用以及Ni-Cr提供的化學結合作用[蘇宏華.新型金屬結合劑金剛石工具技術的基礎研究[D].南京航空航天大學,2007]；2014年胡中偉等人在鎢基金屬結合劑中添加稀土元素進行改性，然后與金剛石粉末充分混合，冷壓成型后進行真空熱壓燒結再進行熱等靜壓燒結，經修整后得到金剛石超薄鋸片成品。該結合劑顯著提高了胎體對金剛石的把持力，增加了金剛石超薄鋸片的耐磨性[胡中偉,徐西鵬,郭樺，等.稀土改性鎢基結合劑金剛石超薄鋸片及其制造方法:,CN104148642A[P].2014]；同年吳穎開發了新型Cu基結合劑 Cu53Sn21Fe20Ni6，并添加CeO₂、Cr以及Ti、Mo等元素進行胎體配方改良，并添加金剛石磨粒結成節塊進行實際的磨削試驗。結果表明CeO₂對胎體的性能改變有限，而Cr元素能提高胎體的力學性能但對金剛石的粘結性能影響不大。 Ti元素則可以提升胎體的力學性能和對金剛石的粘結性能。適量添加Mo雖會使組織不均勻趨勢稍大但也可提升胎體性能及對金剛石的粘結性能[吳穎.新型金剛石工具銅基結合劑及其性能的研究[D].重慶大學,2014]；2006年Takemura S等人以Cu為主體基體，添加Ti、Zr的金屬間化合物作為硬質相，根據磨粒的不同和工具使用領域的不同通過添加Al、Sn等元素進行胎體性能調節。可應用的磨粒有氧化鋁、金剛石、cBN、碳化硅以及硬質合金[Takemura S,Ishikawa T. Metal-bonded grinding tool:US,US6994614[P].2006]；2008年Lin C S等人研究發現Ti的添加使Cu15Sn10Ti基體與金剛石磨粒之間的結合加強。[LinC S,Yang Y L,Lin S T.Performances of metal-bond diamond tools in grindingalumina[J]. Journal of Materials Processing Technology,2008,201(1–3):612-617]；2016年馮海洲等人在含Fe、Co、Ni、Cu、Sn等元素的金屬結合劑中添加鍍Ti或Cr的金剛石燒結成塊體并制成230激光焊接鋸片，結果表明Ti易擴散到胎體中，提高了金剛石邊緣0.5～0.7mm范圍內胎體的硬度和耐磨性，強化了胎體對金剛石的把持力[Feng H Z,Dong SS.Discussion on the Mechanism of the Functioning of Plated Diamond in MetalBond[J].Super hard Material Engineering,2016]。

目前，超硬磨具金屬結合劑的強度、耐磨性、耐腐蝕性、耐高溫性等均不能完全滿足實際切削加工的要求，尤其是在切割硬脆材料的時候，超硬磨具的整體強度和鋒利度不夠，在高溫切割過程中因溫度過高，結合劑易出現軟化的現象。

發明內容