[发明专利]基于激光增材制造高熵合金金刚石复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于激光增材制造高熵合金金刚石复合材料的制备方法，包括(1)高熵合金球形粉末的制备：气体雾化方法制备的高熵合金粉末，按设计的高熵合金的组分配比熔炼成合金，然后雾化喷粉，得到所需粒度的胎体粉末；(2)以高熵合金体系为基础，采用步骤(1)制得的雾化预合金粉末和表面改性的金刚石单晶颗粒，通过高速激光增材制造多维高熵合金/金刚石复合材料。本发明通过研究合金凝固过程中显微组织的演化行为，调控合金的显微组织，并改善力学性能。制备出的高熵合金金刚石复合材料具有高强度、高硬度、较高耐磨性、优异的耐腐蚀性和高温稳定性，完全弥补了传统胎体材料成分‑组织‑性能的不稳定性，成为提高金刚石工磨具性能的理想材料。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，尤其是涉及一种基于激光增材制造高熵合金金刚石复合材料的制备方法。

背景技术

随着现代科学技术的发展，实际应用中对材料性能和制备技术的要求变得更加苛刻。

目前，金刚石工磨具的金属结合剂主要以铜基、钴基结合剂为主，或向其中添加一些低温金属或合金、微量非金属元素等，以增强基体对超硬磨粒的把持力。2008年Lin C S等人研究发现Ti的添加使Cu15Sn10Ti基体与金刚石磨粒之间的结合加强；2014年吴颖开发了新型Cu基结合剂Cu53Sn21Fe20Ni6，并添加CeO、Cr以及Ti、Mo等元素进行胎体配方改良。结果表明：CeO对胎体的性能改变有限，而Cr元素能提高胎体的力学性能但对金刚石的粘结性能影响不大，Ti元素则可以提升胎体的力学性能和对金刚石的粘结性能，适量添加Mo虽会使组织不均匀趋势稍大但也可提升胎体性能及对金刚石的粘结性能；2016年冯海洲等人在含Fe、Co、Ni、Cu、Sn等元素的金属结合剂中添加镀Ti或Cr的金刚石烧结成块体并制成230激光焊接锯片，实验结果表明Ti扩散到胎体中提高了金刚石边缘0.5-0.7mm范围内胎体的硬度和耐磨性，强化了胎体对金刚石的把持力。2017年杨玉鹤将不同种类的石墨添加到金属结合剂中，通过正交试验研究发现石墨的含量对金属结合剂金刚石工具的性能影响最大，石墨种类次之，石墨的加入能够有效地提高铜基和铁基磨边轮的切屑速度，但是也会降低其使用寿命。

可见，现有技术中的金刚石工磨具的胎体组成材料大多采用多组元金属(或无机非金属)粉末，通过烧结或加压烧结的方法制备胎体。但多组元金属粉末成型胎体材料可能形成多种金属化合物、固溶体、间隙相等，同时需要复杂的成分设计理论及烧结工艺，难以保证成分-组织稳定性，且在工作过程中易发生性能退化，其耐磨匹配性、把持力、强度安全性等使用性能难以进一步提升。

高熵合金是近些年来发展起来的一类新型多主元合金，由于具有良好的力学性能、抗氧化性能、抗磨损性能、耐腐蚀性能和高温热稳定性而成为一种极具发展潜力的新型合金。目前高熵合金制备方法主要有真空熔炼法、粉末冶金法、电化学沉积法、磁控溅射技术、热喷涂技术等方法。这些方法所制作的高熵合金显微结构较粗糙，组织有缺陷，生产周期较长，成本也比较高。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种胎体成分-组织-性能稳定，提高金刚石工磨具性能，实现对能量和品质精确控制的基于激光增材制造高熵合金金刚石复合材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于激光增材制造高熵合金金刚石复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)高熵合金球形粉末的制备：气体雾化方法制备的高熵合金粉末，按设计的高熵合金的组分配比熔炼成合金，然后雾化喷粉，得到所需粒度的胎体粉末；