[發明專利]一種中熵合金粘結劑硬質合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202111151247.X
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113846257B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 王成鐸;翟楷;任復杰;李慶奎;孫本雙;何季麟
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: C22C30/02
• 分類號: C22C30/02;C22C29/08;C22C29/10;C22C1/05;B22F9/04;B22F3/02;B22F3/14
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 李秋紅

本發明公開了一種中熵合金粘結劑硬質合金及其制備方法。中熵合金粘結劑硬質合金由中熵合金粘結劑和硬質相組成；中熵合金粘結劑的元素組成為Co、Ni、Fe和Cu，或為Co、Fe和Cu，或為Co、Ni和Cu，或為Ni、Fe和Cu。按照中熵合金粘結劑元素組成稱量各種原料，裝入球墨罐中球磨處理，得到中熵合金粘結劑粉末原料；按照中熵合金粘結劑硬質合金組成稱取中熵合金粘結劑粉末原料和硬質相，裝入球磨罐中球磨處理，得到中熵合金粘結劑硬質合金混合粉末，置于石墨模具中預壓處理，處理后置于放電等離子燒結爐中燒結，得到中熵合金粘結劑硬質合金材料。利用本發明制備的中熵合金粘結劑硬質合金，能夠在很大程度上降低生產成本，易于推廣應用。

一、技術領域：

本發明屬于硬質合金材料技術領域，具體涉及一種中熵合金粘結劑硬質合金及其制備方法。

二、背景技術：

硬質合金是以難熔金屬碳化物為硬質基體，以較低熔點過渡族金屬為粘結相，采用粉末冶金方法制備的一種高硬度、高強度合金材料，廣泛應用于切削加工、礦山工具、模具制造、石油鉆井等領域。硬質合金通常采用鈷作為粘結劑，但我國鈷資源貧乏，加之以鈷鋰化合物為正極材料的鋰電池發展迅速，致使鈷的價格越來越昂貴，因此，尋找新的粘結相，代替價格昂貴的鈷，對降低硬質合金的成本、促進硬質合金行業的可持續發展具有重要的意義。

高熵合金是由五種或五種以上主要組成元素形成的合金材料，其熵值大于等于1.5R(R為摩爾氣體常數)，自2004年我國學者葉均蔚和英國學者Cantor提出以來，高熵合金以其優異的力學性能和簡單的組織結構引起人們的廣泛關注。中熵合金的概念起源于高熵合金，是指由3～4種主要組成元素組成、熵值在1～1.5R之間的合金材料。Gao等以Fe、Ni、Co合金為粘結劑，采用低壓燒結技術制備得到中熵合金粘結劑硬質合金，發現硬質合金的硬度隨Fe/Ni比值的增大而增大，Fe/Ni比為4.3時，合金硬度為1087HV(Ceram.Int.,2018，44:2030-2041)，與鈷粘結劑硬質合金相比硬度偏低。

與普通燒結相比，放電等離子燒結(SPS)是利用脈沖電流直接通電進行燒結的一種新技術，具有升溫速度快、燒結時間短、組織結構可控、節能環保等特點。Rosa等用放電等離子燒結制備了FeNiNb中熵合金粘結劑硬質合金，結果表明1300℃燒結后硬質合金硬度達1513HV，性能優越(Int.J.Refract.Met.H.,2020,92:105316)，但鈮元素的使用，仍然存在價格昂貴的問題。因此，獲得低成本、高性能中熵合金粘結劑硬質合金是目前本領域技術人員研究的重要問題。

三、發明內容：

本發明要解決的技術問題是：根據目前中熵合金粘結劑硬質合金存在的不足之處，本發明提供一種低成本、高性能的中熵合金粘結劑硬質合金及其制備方法。

為了解決上述問題，本發明采取的技術方案是：

本發明提供一種中熵合金粘結劑硬質合金，所述中熵合金粘結劑硬質合金由中熵合金粘結劑和硬質相組成；

以摩爾百分含量表示，所述中熵合金粘結劑的元素組成為：Co 10.0～40.0％、Ni10.0～40.0％、Fe 10.0～40.0％和Cu 10.0～40.0％，或者為Co 20.0～40.0％、Fe 20.0～40.0％和Cu 20.0～40.0％，或者為Co 20.0～40.0％、Ni 20.0～40.0％和Cu 20.0～40.0％，或者為Ni 20.0～40.0％、Fe 20.0～40.0％和Cu 20.0～40.0％；

以質量百分含量表示，所述中熵合金粘結劑硬質合金組成中中熵合金粘結劑所占含量為5.0～25.0％，余量為硬質相。

根據上述的中熵合金粘結劑硬質合金，所述硬質相為硬質相WC和硬質相TiC中的至少一種。

另外，提供一種中熵合金粘結劑硬質合金的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：