[发明专利]高熵合金结合的立方氮化硼超硬复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高熵合金结合的立方氮化硼超硬复合材料及其制备方法。该方法包括以下步骤：(1)以铝粉、镍粉、铜粉、铬粉、和铁粉为原料制备高熵合金结合剂粉末；(2)向高熵合金结合剂粉末中添加立方氮化硼微粉，预压成型后进行放电等离子烧结，得到高熵合金结合的立方氮化硼超硬复合材料。上述高熵合金结合的立方氮化硼超硬复合材料制备方法，采用以铝粉、镍粉、铜粉、铬粉、和铁粉为原料制备高熵合金结合剂粉末，提高了结合剂的高温稳定性。同时，立方氮化硼材料的制备条件温和、工艺操作简单、反应过程易于控制。制备得到的立方氮化硼材料具有较高的硬度和强度，大大提高了使用性能。

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，特别是涉及一种高熵合金结合的立方氮化硼超硬复合材料及其制备方法。

背景技术

立方氮化硼(CBN)是20世纪50年代发展起来的一种利用人工方法在高温高压条件下合成的新型材料，其硬度仅次于金刚石而远远高于其它材料，立方氮化硼凭借着硬度高、耐磨性好的特点，在机械加工行业有着广泛的应用。立方氮化硼多晶烧结体的主要制法有：(1)用立方氮化硼微粉和少量结合剂(如钴、铝、钛和氮化钛等)，在压力4000～8000MPa、温度为1300～1900℃下烧结而成；(2)以立方氮化硼微粉和结合剂为一层，以硬质合金(片或粉)为一层，在上述压力、温度下把两者烧结在一起，制得带硬质合金衬底的多晶烧结体。

对于烧结法制备的立方氮化硼磨具，传统的金属结合剂因与立方氮化硼磨粒存在着很高的界面能而使得两者的粘结性较差，立方氮化硼磨粒主要依靠基体冷缩后产生的机械加持力镶嵌在胎体金属中，很难形成化学结合，导致在高速磨削过程中立方氮化硼颗粒容易与基体脱离，大大降低了立方氮化硼磨具的磨削性能和寿命。且结合剂因磨削过程中产生的高温会出现软化现象，导致基体对立方氮化硼磨粒的把持力不够，导致切削作用减弱，从而导致磨削质量的下降。为解决因磨削产生的热量问题，实际使用过程中经常采用大量冷却液进行润滑冷却，而冷却液的排放会对环境造成一定污染。高熵合金具有优于传统合金的高硬度、高强度等，特别是其高温热稳定性，如何能够将高熵合金作为结合剂，并通过适当的工艺制备出具有更高硬度和强度的立方氮化硼材料是当前研究的一个方向。

发明内容

基于此，有必要针对当前立方氮化硼材料制备工艺复杂、结合剂高温稳定性差、制成的复合材料硬度和强度有限的问题，提供一种高熵合金结合的立方氮化硼超硬复合材料及其制备方法。

一种高熵合金结合的立方氮化硼超硬复合材料制备方法，包括以下步骤：

(1)以铝粉、镍粉、铜粉、铬粉、和铁粉为原料制备高熵合金结合剂粉末；

(2)向高熵合金结合剂粉末中添加立方氮化硼微粉，预压成型后进行放电等离子烧结，得到高熵合金结合的立方氮化硼超硬复合材料。

上述高熵合金结合的立方氮化硼超硬复合材料制备方法，采用以铝粉、镍粉、铜粉、铬粉、和铁粉为原料制备高熵合金结合剂粉末，提高了结合剂的高温稳定性。同时，立方氮化硼材料的制备条件温和、工艺操作简单、反应过程易于控制。

在其中一个实施例中，所述高熵合金结合剂粉末的原料组成为：铝粉10～25wt.％、镍粉25～30wt.％、铜粉20～30wt.％、铬粉15～25wt.％、铁粉余量，各组分之和为100wt.％。

在其中一个实施例中，所述铝粉、镍粉、铜粉、铬粉、和铁粉的纯度均为99.5％，目数均为325～500目。

在其中一个实施例中，所述高熵合金结合剂粉末的制备方法为：采用机械合金化的方法将铝粉、镍粉、铜粉、铬粉、和铁粉在行星球磨机中球磨30～60h。

在其中一个实施例中，所述立方氮化硼微粉的添加量为熵合金结合剂粉末的10～30wt.％，立方氮化硼微粉的粒径为20～70μm。

在其中一个实施例中，所述预压成型的压力为3～10MPa。