[发明专利]一种高熵合金烧结金刚石节块

说明书

本发明公开了一种高熵合金与金刚石预压后，再进行加压烧结制作节块的方法，包括以下步骤：采用Cu‑Sn、Ni‑Cr‑B‑Si、Fe‑Cr‑B‑Si、NaHCO₃预合金粉经球磨混合制成高熵合金粉末，添加一定量的聚乙烯醇水溶液与金刚石进行二次混合，每立方厘米高熵合金粉末加入1.2~1.5克拉金刚石，在100~250MPa的压力下预压为坯体，最后在氩气保护下加压烧结炉中进行加压烧结，烧结温度范围为820‑870℃，压力为60~220 MPa，保温2~8分钟，烧结为节块。

技术领域

本发明属于超硬材料工具制作领域，尤其涉及烧结金刚石节块的制造。

背景技术

金刚石磨料具有硬度高、耐磨性好、导热性好的优异性能，因此金刚石工具在加工硬脆材料方面具有寿命长、效率高的优点，工具的制作方法有电镀法、烧结法、钎焊法等，其中电镀金刚石砂轮在加工过程中磨粒易从工具表面脱落，造成加工效率和工具寿命的降低，采用钎焊方法制作的单层金刚石工具，能够在金刚石与钎料之间形成化学冶金结合，因此具有磨粒结合强度高、磨料出露高、工具寿命长等优异特性，并且利于环境保护，有着广泛的应用。但单层钎焊金刚石工具只有一层磨粒使其寿命受到了限制。如果在烧结工具通过添加适量的活性元素，与金刚石磨粒发生适量的界面反应，不仅提高磨粒的把持力，而且多层金刚石磨粒能够有效提高工具的寿命。

高熵合金通常由五种以上的元素组元按照等原子比或接近于等原子比合金化后形成的合金，其混合熵高于合金的熔化熵，一般形成高熵固溶体相，具有良好的综合力学性能。但通常的高熵合金是采用单质金属粉，其熔点较高，而采用合金化的多种共晶合金，经球磨机械合金化后形成高熵合金，其中含有适量的Cr元素适合于烧结金刚石，可作为结合剂用于制造金属基烧结金刚石砂轮。

发明内容

本发明的目的是进一步提高烧结工具中金刚石磨料的结合强度，不仅在金属基中形成高熵合金，而且采用合金化的Cu-Sn、Ni-Cr-B-Si、Fe-Cr-B-Si等多种粉末进行混合，使得最后形成含有Cu、Fe、Ni、Cr、Sn的高熵合金，具有强度、韧性高的优点，Cr在Cu中的溶解度极低，使含有一定的Cr在烧结过程中促使Cr向金刚石界面扩散，进一步促进Cr与金刚石进行界面反应，实现化学冶金结合，提高磨粒的把持强度。由于高熵合金具有扩散速度慢，最后形成金刚石与高熵合金界面处为碳化物，金属基中为含有一定化合物的高熵合金。为提高容屑空间，添加适量的NaHCO₃，该化合物在烧结过程中由于加热而发生分解，产生CO₂气体，该气体在砂轮内部无法逸出，最后形成气孔，可容纳磨削过程中产生的碎屑，从而提高磨削效率。

本发明提供了一种高熵合金烧结金刚石节块的制作方法，包括以下步骤：

（1）将预合金粉Cu-Sn、Ni-Cr-B-Si、Fe-Cr-B-Si、NaHCO₃按一定质量比30~35%：30~35%：30~35%：1~3%的质量比例混合后球磨为高熵合金粉末，每千克高熵合金粉末添加4~5mL含10%重量聚乙烯醇的水溶液；其中所述的各预合金粉的原始粉末粒度目数范围分别为：Cu-Sn：220～180μm，Ni-Cr-B-Si：200～150μm，Fe-Cr-B-Si：300～250μm，NaHCO₃：200～150μm。其中Cu-Sn合金中Sn含量的质量百分比为40-50。其中Ni-Cr-B-Si中各种元素质量百分比为：Cr为12-18，B为2.5-4.5，Si为2.5-4.5，C为0.7-1，其余为Ni。其中Fe-Cr-B-Si中各种元素质量百分比为：Cr为13-17，B为2.5-4.5，Si为2.5-4.5，C为0.7-1，其余为Fe。采用钢制球磨罐进行球磨混合，其中的磨球与金属粉质量比为3∶1，密封后打开真空阀抽真空20~30分钟，将球磨罐放入行星式球磨机，转速为300~350r/min，倒向频率30~45Hz，进行球磨混料时间为30~40分钟。