[发明专利]一种以高熵合金为粘结相的超细碳化钨硬质合金及其制备方法

说明书

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种以高熵合金为粘结相的超细碳化钨硬质合金及其制备方法，此种高熵合金为Co、Cr、Ni、Cu、Fe五组元高熵合金，高熵合金的的质量百分占总体系的5～30wt.％，余量为WC。首先，制备纳米五组元高熵合金粉末，并细化WC粉末；其次，将纳米五组元高熵合金粉末与纳米WC按不同质量比在球磨机中混料；把混合均匀后的粉料进行预压；将预压件进行退火处理。最后，进行真空热压烧结，烧结压力为40～50MPa，烧结温度为1200～1400℃。然后降温卸压，制得超细碳化钨硬质合金。烧结后将硬质合金烧结体进行退火处理。本发明提供了一种以高熵合金为粘结相的超细碳化钨硬质合金及其制备方法，降低了生产成本，并提高了碳化钨硬质合金性能。

技术领域

本发明属于复合材料领域，特别涉及一种以高熵合金为粘结相的超细碳化钨硬质合金及其制备方法。

背景技术

碳化钨硬质合金具有优异的耐热性、耐腐蚀性、高硬度和耐磨性，被广泛应用于刀具、模具和轧辊等材料。通常以WC为主要硬质相、以Co为粘结剂，采用粉末冶金方法合成。但金属钴的价格昂贵且具有毒性，因此，硬质合金行业需要寻找Co粘结剂的替代品，以降低生产成本，并促进行业的可持续发展。近年来，高熵合金结合的碳化钨硬质合金由于性能优异而被人们广泛研究。

董定乾等以3～35wt.％CoNiCuFeCr高熵合金为强化相，以0～30％Co、0～30％Ni、0～30％Fe、0～15％Cr为粘结相，以55～97％WC、0～10％TaC/NbC、0～5％VC/ZrC、0～5％Cr₂C₃的复合材料为硬质相，经过球磨、喷雾干燥、模压成坯料、梯度工艺烧结以及热处理制备了碳化钨硬质合金，其具良好的耐磨性、韧性性能、抗氧化及优异的综合性能力学和机械性能[董定乾；孙敬鸿；向新；杨伟.一种基于高熵合金的WC基硬质合金材料及其制备方法.108950343A.四川理工学院.2018-12-07]。杨梅等采用间歇式行星球磨制备出Fe:Co:Ni:Cu:Cr＝1:1:1:(0.4～0.6):(0.4～0.6)的非晶态的高熵合金粘结相粉末，然后将高熵合金粘结相粉末与硬质相粉末进行球磨混合，采用放电等离子烧结制备出了高熵合金粘结相硬质合金[杨梅；罗霞；龙剑平.一种高熵合金粘结相硬质合金的制备方法.109161773A.成都理工大学.2019-01-08]。刘允中等以组元为Al、Co、Cr、Cu、Fe和Ni中的至少五种的高熵合金为粘结相，且每种元素的原子百分比为5～35％，通过放电等离子体烧结获得高熵合金粘结相超细碳化钨硬质合金。所制备硬质合金的维氏硬度值在1922～2127HV30之间，断裂韧性值在9.89～10.41之间MPa·m^1/2。最佳综合性能为：维氏硬度值为1922HV30，断裂韧性值为10.41MPa·m^1/2[刘允中；罗文艳；沈君剑.一种高熵合金粘结相超细碳化钨硬质合金及其制备方法.109252081A.华南理工大学.2019-01-22]。戴品强以单质金属铁、钴、铬、镍、铝、钒、钛、铜、锆、锰等组成的高熵合金为粘结剂，采用三种不同的烧结方法制备WC基硬质合金。所制备硬质合金的维氏硬度值在1825～1900HV30[戴品强；刘晓强；郭轲科；洪春福；常发；田君；王卫国.一种以高熵合金粉末为粘结剂的WC基硬质合金的制备方法.CN109371307A.福建工程学院.2019-02-22]。周盼龙等采用氩气雾化法制备AlxCrFeCoNi(x＝0.5,1)高熵合金粉末，与WC粉末混合高能球磨，获得WC-AlxCrFeCoNi复合粉，然后热压成块体复合材料。对复合材料的显微组织、力学性能和腐蚀行为等进行表征的结果表明，用AlxCrFeCoNi高熵合金替代Co作为粘结相可抑制WC晶粒生长，起到细化晶粒的作用。与传统WC-10Co合金相比，超细晶WC-AlxCrFeCoNi复合材料的硬度更高，同时具有良好的断裂韧性。其中的WC-10AlCrFeCoNi复合材料的硬度(HV)最高，达20.3GPa，WC-10Al0.5CrFeCoNi具有最大断裂韧性，为12MPa·m^1/2。WC-10AlxCrFeCoNi复合材料相较于WC-10Co传统硬质合金具有更好的耐腐蚀性能[周盼龙,肖代红,周鹏飞,et al.热压法制备超细晶WC-Al_xCrFeCoNi复合材料及其组织与性能[J].粉末冶金材料科学与工程,2019,11(30):95-103]。