[发明专利]一种中熵合金粘结剂硬质合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种中熵合金粘结剂硬质合金及其制备方法。中熵合金粘结剂硬质合金由中熵合金粘结剂和硬质相组成；中熵合金粘结剂的元素组成为Co、Ni、Fe和Cu，或为Co、Fe和Cu，或为Co、Ni和Cu，或为Ni、Fe和Cu。按照中熵合金粘结剂元素组成称量各种原料，装入球墨罐中球磨处理，得到中熵合金粘结剂粉末原料；按照中熵合金粘结剂硬质合金组成称取中熵合金粘结剂粉末原料和硬质相，装入球磨罐中球磨处理，得到中熵合金粘结剂硬质合金混合粉末，置于石墨模具中预压处理，处理后置于放电等离子烧结炉中烧结，得到中熵合金粘结剂硬质合金材料。利用本发明制备的中熵合金粘结剂硬质合金，能够在很大程度上降低生产成本，易于推广应用。

一、技术领域：

本发明属于硬质合金材料技术领域，具体涉及一种中熵合金粘结剂硬质合金及其制备方法。

二、背景技术：

硬质合金是以难熔金属碳化物为硬质基体，以较低熔点过渡族金属为粘结相，采用粉末冶金方法制备的一种高硬度、高强度合金材料，广泛应用于切削加工、矿山工具、模具制造、石油钻井等领域。硬质合金通常采用钴作为粘结剂，但我国钴资源贫乏，加之以钴锂化合物为正极材料的锂电池发展迅速，致使钴的价格越来越昂贵，因此，寻找新的粘结相，代替价格昂贵的钴，对降低硬质合金的成本、促进硬质合金行业的可持续发展具有重要的意义。

高熵合金是由五种或五种以上主要组成元素形成的合金材料，其熵值大于等于1.5R(R为摩尔气体常数)，自2004年我国学者叶均蔚和英国学者Cantor提出以来，高熵合金以其优异的力学性能和简单的组织结构引起人们的广泛关注。中熵合金的概念起源于高熵合金，是指由3～4种主要组成元素组成、熵值在1～1.5R之间的合金材料。Gao等以Fe、Ni、Co合金为粘结剂，采用低压烧结技术制备得到中熵合金粘结剂硬质合金，发现硬质合金的硬度随Fe/Ni比值的增大而增大，Fe/Ni比为4.3时，合金硬度为1087HV(Ceram.Int.,2018，44:2030-2041)，与钴粘结剂硬质合金相比硬度偏低。

与普通烧结相比，放电等离子烧结(SPS)是利用脉冲电流直接通电进行烧结的一种新技术，具有升温速度快、烧结时间短、组织结构可控、节能环保等特点。Rosa等用放电等离子烧结制备了FeNiNb中熵合金粘结剂硬质合金，结果表明1300℃烧结后硬质合金硬度达1513HV，性能优越(Int.J.Refract.Met.H.,2020,92:105316)，但铌元素的使用，仍然存在价格昂贵的问题。因此，获得低成本、高性能中熵合金粘结剂硬质合金是目前本领域技术人员研究的重要问题。

三、发明内容：

本发明要解决的技术问题是：根据目前中熵合金粘结剂硬质合金存在的不足之处，本发明提供一种低成本、高性能的中熵合金粘结剂硬质合金及其制备方法。

为了解决上述问题，本发明采取的技术方案是：

本发明提供一种中熵合金粘结剂硬质合金，所述中熵合金粘结剂硬质合金由中熵合金粘结剂和硬质相组成；

以摩尔百分含量表示，所述中熵合金粘结剂的元素组成为：Co 10.0～40.0％、Ni10.0～40.0％、Fe 10.0～40.0％和Cu 10.0～40.0％，或者为Co 20.0～40.0％、Fe 20.0～40.0％和Cu 20.0～40.0％，或者为Co 20.0～40.0％、Ni 20.0～40.0％和Cu 20.0～40.0％，或者为Ni 20.0～40.0％、Fe 20.0～40.0％和Cu 20.0～40.0％；

以质量百分含量表示，所述中熵合金粘结剂硬质合金组成中中熵合金粘结剂所占含量为5.0～25.0％，余量为硬质相。

根据上述的中熵合金粘结剂硬质合金，所述硬质相为硬质相WC和硬质相TiC中的至少一种。

另外，提供一种中熵合金粘结剂硬质合金的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：