[发明专利]一种高效磨削的含硼高熵合金结合金刚石超硬复合材料及制备方法和应用

说明书

本发明属于金刚石复合材料技术领域，公开了一种高效磨削的含硼高熵合金结合金刚石复合材料及制备方法和应用。复合材料由75‑95vol.％的含硼高熵合金粘结相和5‑25vol.％的金刚石磨粒组成；所用粘结相粉末由铁粉、钴粉、铬粉、镍粉和用于掺杂的非晶硼粉机械合金化制得。复合材料具有以下优点：本发明采用活性更高的非晶硼粉末作为原料，可缩短制造周期，并精确硼含量，所制备的复合材料具有优异的界面结合和摩擦磨损性能；相对于掺杂大原子半径金属元素，硼掺杂避免了偏析相的加剧，并且硼固溶强化更有效地提高了金刚石复合材料的耐磨性和对陶瓷小球的磨削效率，可用于制备高效加工陶瓷等硬质材料的金刚石刀轮或锯片等工具。

技术领域

本发明属于金刚石复合材料的制备技术领域，特别涉及一种高效磨削的含硼高熵合金结合金刚石超硬复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着航空航天、光伏、通信等高端领域的快速发展，大量硬脆材料如硬质合金、半导体、尤其是先进陶瓷等新型材料被广泛的应用，其相应的难加工特征也对加工工具的设计提出了更高的要求。采用金属结合金刚石磨粒制备的超硬磨具，因结合强度高、成形性好、使用寿命长被广泛地应用在硬脆材料的磨削加工中(文献Metals,8(5)(2018):307)，其中金属结合剂的性能对金刚石工具的寿命和磨削效率有着重要的影响。

目前金属结合剂主要以Co基、Fe基、Cu基、Ni基等结合剂为主。但传统的单一组元合金具有易形成复杂金属间化合物等有害产物，难以保持组织性能稳定性的问题，其强度、耐磨性、和耐高温性等难以满足硬脆材料高效磨削加工的要求。高熵合金是一种具有简单结构的多组元新型合金，高熵合金用做超硬磨具的结合剂既可以简化组分又能具有多种元素的固溶强化，具有强度高、耐磨，耐高温及配方调整宽度大的特点。

近年来，高熵合金-金刚石复合材料已有相关的研究报道。如燕山大学的李建敏将具有体心立方(BCC)主相的CuZnFeTiAl和CuCrFeNiAl高熵合金粉末与金刚石混合制备金刚石的复合材料，对应的抗弯强度最高为560MPa和668.35Mpa(李建敏.高熵合金结合剂超硬磨具材料的制备及性能研究[D].燕山大学.2018)。郭洪凯等对同样具有体心立(BCC)主相的Al_1.5CoNiFeCuZnMnY_0.1和Al_1.5CoNiFeCuZnY_0.1高熵合金与金刚石混合进行普通热压烧结。由于高熵合金与金刚石热膨胀系数的差异以及较差的润湿性，复合材料的抗弯强度分别为316MPa和234MPa(郭洪凯.金刚石工具用高熵合金结合剂的研究[D].燕山大学.2016)。他们都未进行进一步的加工陶瓷材料的磨削测试，并且硬脆的BCC主相高熵合金与硬质的金刚石颗粒结合后，复合材料在制成工具过程中容易发生脆断(黎克楠.超薄砂轮高速动态行为与新型结合剂设计研究[D].燕山大学.2019)。