[发明专利]一种高熵合金结合立方氮化硼超硬复合材料及其制备方法

说明书

一种高熵合金结合立方氮化硼超硬复合材料及其制备方法，其化学成分包括高熵合金结合剂和立方氮化硼；高熵合金结合剂的化学成分质量百分比为：铝粉10‑25、锌粉25‑30、铜粉20‑30、钛粉15‑25、余量为铁粉；立方氮化硼微粉的含量为高熵合金结合剂与立方氮化硼总量的10‑30wt.％；其制备方法主要是将上述金属粉末球磨30‑60h，制得高熵合金结合剂粉末，与立方氮化硼微粉混合装填入石墨磨具中，在3‑10MPa的压力下预压成型后进行放电等离子烧结，烧结压力20‑50MPa，烧结温度800‑1000℃，保温10‑30min，制得高熵合金结合立方氮化硼超硬复合材料。本发明制备方法简单，高熵合金作为立方氮化硼磨具结合剂，具有更好的硬度和抗折强度。

技术领域

本发明涉及材料领域，特别涉及一种高熵合金结合立方氮化硼超硬复合材料及其制备方法。

背景技术

金属结合剂立方氮化硼磨具相比于陶瓷结合剂立方氮化硼磨具所见较少。

2004年青木清之等人发明了结合剂的化学组成为Ni 40-70wt.％、Sn 19-30wt.％、Ag 1-7wt.％，及作为剩余部分至少为5wt.％的Cu金属粘结剂砂轮及其制造方法。该砂轮具有良好的切割性，且寿命长，不生锈，加压时的变形小且具有高强度[青木清之,茶山达志.金属粘结剂砂轮.CN 1541808A[P].2004.]；2013年赵建林发明了一种立方氮化硼制品金属结合剂及其生产方法，所用原料及重量百分比为：SiO₂ 55-60％、Al₂O₃ 10-15％、K₂O 6-8.5％、Na₂O 2.5-5.5％、Cu 6-10％、锡粉0.5-1.5％和锌粉0.3-1％。发明提及此结合剂具有较低的耐火度和较高的强度，在600-960℃之间烧结，适用于制备金刚石及立方氮化硼磨具，可使超硬材料磨具的使用速度达到160m/s以上[赵建林.立方氮化硼制品金属结合剂及其生产方法.CN103331703A[P].2013.]；2013年马文超等以立方氮化硼、Cu-Sn-Ti合金粉末及石墨为原料制备了自润滑金属结合剂立方氮化硼砂轮，砂轮中磨粒分布均匀，磨粒与结合剂反应形成化学冶金结合，砂轮内部存在游离态石墨，砂轮强度满足加工要求[马文超.一种自润滑金属结合剂cBN砂轮的制备工艺.CN 104690658A[P].2015.]；2016年A.R.特韦尔斯基等发明了一种立方氮化硼压块，该压块包含多晶立方氮化硼颗粒(存在量至少70vol.％)及金属特性结合剂，且结合剂具有超耐热特性。[A·R·特韦尔斯基,N·坎.立方氮化硼压块,cBNcompacts.CN 103451460B[P].2016.]。

对于立方氮化硼磨具，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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备方法简单、具有更好的硬度和抗折强度的高熵合金结合立方氮化硼超硬复合材料及其制备方法。本发明主要是利用高熵合金作为结合剂，采用放电等离子烧结(SPS)法制备立方氮化硼超硬复合材料。

本发明的高熵合金结合立方氮化硼超硬复合材料的化学成分包括高熵合金结合剂和立方氮化硼，其中高熵合金结合剂的化学成分质量百分比为：铝粉10-25wt.％、锌粉25-30wt.％、铜粉20-30wt.％、钛粉15-25wt.％、余量为铁粉；立方氮化硼微粉的含量为高熵合金结合剂与立方氮化硼总量的10-30wt.％，上述金属粉末均是纯度为99.5％的金属单质粉，目数为325-500目；立方氮化硼微粉的粒度为30-44μm。