[发明专利]硬质高熵合金复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种硬质高熵合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)选取超硬材料粉、合金元素粉为原料，其中，所述合金元素粉选自Fe粉、Co粉、Cr粉、Ni粉、Mn粉以及前述任意三种或者三种以上元素组成的合金粉末；所述超硬材料粉选自WC合金粉、BN粉、金刚石粉中的一种或几种；(2)将步骤(1)中选取的原料进行球磨处理，得到细晶粉末；(3)将所述细晶粉末进行放电等离子烧结，随炉冷却，所得烧结块体即为硬质高熵合金复合材料。本发明采用FeCoCrNiMn等塑性优异的高熵合金作为基体，加入WC、立方BN等超硬颗粒作为增强相，可以使产品获得很高硬度的同时，降低硬质高熵原料的成本、产品的密度与制备难度。

技术领域

本发明属于合金材料领域，尤其涉及一种采用粉末冶金法制备硬质高熵合金复合材料的方法。

背景技术

粉末冶金工具钢具有高强度、高硬度和耐磨性等优势，在模具、切削刀具、轧辊等领域应用非常广泛。但是，由于该类材料含有合金元素种类多且碳化物构成复杂，显微组织、相结构和碳化物颗粒的形貌控制难。同时，由于粉末冶金工具钢的塑性低、韧性较差，在工模具的制备加工方面难度大。通过改变工具钢的基体成分，有可能提高其塑性。高熵合金的合金元素含量也较高，但种类相对较少，而且相组织结构简单，韧性好，可以作为工具钢潜在的基体材料。另外，高熵合金普遍具有耐高温氧化的特点，在高熵合金成分基础上，通过添加或者原位析出硬质碳化物，开发高耐磨性、高韧性抗高温氧化的工模具材料，具有非常重要的工程意义。

现有技术中的硬质高熵合金主要是采用难熔金属元素制备，例如MoTaWNbV,WMoNbZr,TaNbVZr等。虽然这类高熵合金也具有较高的硬度，但采用的原料成本高且材料密度较大，材料熔点高、制备能耗大，对制备设备有挑战。

目前，多主元高熵合金块体的制备主要是采用真空熔炼的方法。但硬质材料的熔点一般很高，熔炼的方法很难熔化，如WC等硬质相，并且熔炼过程的能量消耗也很大。另外，铸造过程中会产生热膨胀和冷凝，从而导致铸态高熵合金块体内应力大；并且，铸态的高熵合金晶粒尺寸较大，内部成分偏析显著，空隙以及缩孔等缺陷较多，这也影响了铸态高熵合金的性能；加之铸态高熵合金多数脆性较大，从而限制合金的进一步应用。粉末冶金工艺具有工艺流程短、设备投入小、能量消耗小等优点。粉末冶金工艺可以制备硬质合金之类的硬质复合材料。因此粉末冶金技术也是制备硬质高熵合金的潜在技术之一。常规的粉末冶金工艺中，成形工艺通常采用模压法，但模压法成形过程中粉末与模壁间存在摩擦，且硬质颗粒有很高的硬度，使得模压成形制得的生坯有孔隙度高的缺陷，从而导致了成品的力学性能偏低；而且，通常磨压后的烧结时间较长，材料内组织长大现象明显，从而降低了材料的力学性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种采用粉末冶金法制备硬质高熵合金复合材料的方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种硬质高熵合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)选取超硬材料粉、合金元素粉为原料，其中，所述合金元素粉选自Fe粉、Co粉、Cr粉、Ni粉、Mn粉以及前述任意三种以上元素组成的合金粉末；所述超硬材料粉选自WC合金粉、BN粉、金刚石粉中的一种或几种；

(2)将步骤(1)中选取的原料进行球磨处理，得到细晶粉末；

(3)将所述细晶粉末进行放电等离子烧结，随炉冷却，所得烧结块体即为硬质高熵合金复合材料。

上述的制备方法，优选的，所述原料中，超硬材料粉的原子含量不高于70％。

上述的制备方法，优选的，所述超硬材料粉的粒度为-200目～-600目，所述合金元素粉的粒度为-200目～-300目。