CN109182866A - 高熵合金-金刚石复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于复合材料技术领域，涉及一种高熵合金‑金刚石复合材料，其包括10‑40wt.％的高熵合金结合剂和60‑90wt.％的金刚石粉末，其中，高熵合金结合剂包括以下重量份的组分：5‑25wt.％的铝粉、15‑30wt.％的镍粉、10‑35wt.％的铜粉、10‑30wt.％的铁粉、其余为铬粉。其制备方法是将上述金属粉在球磨机上球磨20‑60h，制得高熵合金结合剂，与金刚石粉末混合后装填入石墨磨具中，在2‑10MPa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750‑1000℃，保温5‑30min，制得高熵合金‑金刚石复合材料。本发明制备的高熵合金‑金刚石复合材料在抗折强度优于现有的超硬磨具的情况下，硬度高出现有超硬磨具几个数量级，性能明显提高。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，涉及一种高熵合金-金刚石复合材料及其制备方法。
背景技术
目前超硬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CeO2、Cr以及Ti、Mo等元素进行胎体配方改良。结果表明：CeO2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。
目前，超硬磨具金属结合剂的强度、耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性等均不能完全满足实际切削加工的要求，尤其是在切割硬脆材料的时候，超硬磨具的整体强度和锋利度不够，在高温切割过程中因温度过高，结合剂易出现软化的现象。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种高熵合金-金刚石复合材料，其具有更好的硬度和抗折强度。
本发明是这样实现的：
一种高熵合金-金刚石复合材料，其包括10-40wt.％的高熵合金结合剂和60-90wt.％的金刚石粉末，其中，高熵合金结合剂包括以下重量份的组分：5-25wt.％的铝粉、15-30wt.％的镍粉、10-35wt.％的铜粉、10-30wt.％的铁粉、其余为铬粉。
优选的，所述铝粉、镍粉、铜粉、铁粉和铬粉的纯度为99.5％。
优选的，所述铝粉、镍粉、铜粉、铁粉和铬粉均为200-500目。
优选的，所述金刚石粉末的粒度为10-90μm。
一种高熵合金-金刚石复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
S1、将铝粉、铁粉、镍粉、铬粉和铜粉在行星球磨机上进行球磨，球磨时间为20-60h，球料比为10:1，球磨转速为200-400r/min，正反转交替运行，正转1h，停机30min，再反转1h，循环往复，球磨过程中每隔10h滴入过程控制剂，得到高熵合金结合剂；
S2、向高熵合金结合剂中添加金刚石粉末得到混合原料，将混合原料装填入石墨磨具中，在2-10MPa的压力下预压成型后进行放电等离子烧结，烧结压力20-50MPa，以137℃/min的升温速率从室温升到571℃，以7℃/min的升温速率从571℃升到600℃，在600℃保温10min，以50℃/min的升温速率从600℃升到750℃，从750℃升温至烧结温度后保温5-30min，制得高熵合金-金刚石复合材料。
优选的，所述控制剂为工业乙醇，分析纯≥99.7％，所述控制剂的用量为：每10g金属粉中加入0.2ml工业乙醇。
优选的，所述烧结温度为750℃-1000℃。
优选的，所述烧结温度为750℃、850℃、900℃、950℃或1000℃。
优选的，步骤S2中，从750℃升温至烧结温度的方法具体为：以80℃/min的升温速率从750℃升温到850℃，以100℃/min的升温速率从750℃升温到900℃，以150℃/min的升温速率从750℃升温到950℃，或者以200℃/min的升温速率从750℃升温到1000℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明首先采用铝粉、镍粉、铜粉、铁粉和铬粉制备高熵合金结合剂，然后结合金刚石制备高熵合金-金刚石复合材料，制备方法简单，而且制得的复合材料可做超硬磨具，本发明的高熵合金-金刚石复合材料在抗折强度优于现有的超硬磨具的情况下，硬度高出现有超硬磨具几个数量级，性能明显提高。
具体实施方式
以下将详细说明本发明的示例性实施例、特征和性能方面。
一种高熵合金-金刚石复合材料，其包括10-40wt.％的高熵合金结合剂和60-90wt.％的金刚石粉末，其中，高熵合金结合剂包括以下重量份的组分：5-25wt.％的铝粉、15-30wt.％的镍粉、10-35wt.％的铜粉、10-30wt.％的铁粉、其余为铬粉。
优选的，铝粉、镍粉、铜粉、铁粉和铬粉均为200-500目，纯度为99.5％。
优选的，金刚石粉末的粒度为10-90μm。
一种高熵合金-金刚石复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
S1、将铝粉、铁粉、镍粉、铬粉和铜粉在行星球磨机上进行球磨，球磨时间为20-60h，球料比为10:1，球磨转速为200-400r/min，正反转交替运行，正转1h，停机30min，再反转1h，循环往复，球磨过程中每隔10h滴入过程控制剂，得到高熵合金结合剂；
S2、向高熵合金结合剂中添加金刚石粉末得到混合原料，将混合原料装填入石墨磨具中，在2-10MPa的压力下预压成型后进行放电等离子烧结，烧结压力20-50MPa，以137℃/min的升温速率从室温升到571℃，以7℃/min的升温速率从571℃升到600℃，在600℃保温10min，以50℃/min的升温速率从600℃升到750℃，从750℃升温至烧结温度后保温5-30min，烧结温度为750℃-1000℃，烧结温度可根据具体的实验条件进行设计，最终制得高熵合金-金刚石复合材料。
优选的，控制剂为工业乙醇，分析纯≥99.7％，控制剂的用量为：每10g金属粉中加入0.2ml工业乙醇。
优选的，烧结温度为750℃、850℃、900℃、950℃或1000℃，从750℃升温至烧结温度的方法具体为：以80℃/min的升温速率从750℃升温到850℃，以100℃/min的升温速率从750℃升温到900℃，以150℃/min的升温速率从750℃升温到950℃，或者以200℃/min的升温速率从750℃升温到1000℃。
实施例1
S1、按质量百分比，将10wt.％的铝粉、25wt.％的镍粉、25wt.％的铜粉、22wt.％的铁粉、18wt.％的铬粉放入WC硬质合金罐中，所有金属粉的纯度为99.5％，目数为200目，球料比10:1，球磨介质为WC硬质合金球，在手套箱过渡舱中进行反复洗气(氩气)后放入操作腔体内，盖上密封盖，保证罐内氩气环境下取出放入型号为QM-3SP4的行星球磨机中，球磨转速为250r/min，正反转交替运行，正转1h，停机30min，再反转1h，循环往复，待球磨时间为10h、20h、30h时滴入控制剂工业乙醇(分析纯≥99.7％)，滴入量为0.2ml/10g粉料，球磨40h后将粉料全部取出。
S2、向经球磨形成的高熵合金结合剂粉末中添加高熵合金结合剂和金刚石粉末总量的10wt.％粒径为20μm的金刚石粉末，装填入石墨模具中，用油压机在2MPa的压力预压成型后，放入型号为LABOXTM-110的SPS放电等离子烧结机中进行烧结；充入氩气保护，加压，压力设定为30MPa，以137℃/min的升温速率从室温升到571℃，以7℃/min的升温速率从571℃升到600℃，在600℃保温10min，以50℃/min的升温速率从600℃升到750℃，最后以100℃/min的升温速率从750℃升到900℃，在900℃保温20min，制得高熵合金-金刚石复合材料。
将制得的高熵合金-金刚石复合材料打磨抛光后用常规检测手段所用的仪器进行组织及性能检测，所得复合材料技术参数如下：
实施例2
S1、按质量百分比，将15wt.％的铝粉、15wt.％的镍粉、10wt.％的铜粉、30wt.％的铁粉、30wt.％的铬粉放入WC硬质合金罐中，所有金属粉的纯度为99.5％，目数为400目，球料比10:1，球磨介质为WC硬质合金球，在手套箱过渡舱中进行反复洗气(氩气)后放入操作腔体内，盖上密封盖，保证罐内氩气环境下取出放入型号为QM-3SP4的行星球磨机中，球磨转速为250r/min，正反转交替运行，正转1h停机30min，再反转1h，循环往复，待球磨时间为10h、20h、30h时滴入过程控制剂工业乙醇(分析纯≥99.7％)，滴入量为0.2ml/10g粉料，球磨时间40h后将粉料全部取出。
S2、向球磨后的高熵合金结合剂粉末添加高熵合金结合剂和金刚石粉末总量的30wt.％粒径为60μm的金刚石粉末，填入石墨模具中，用油压机在10MPa的压力预压成型后，放入型号为LABOXTM-110的SPS放电等离子烧结仪中进行SPS烧结；充入氩气保护气，加压，压力设定为30MPa，以137℃/min的升温速率从室温升到571℃，以7℃/min的升温速率从571℃升到600℃，在600℃保温10min，以50℃/min的升温速率从600℃到750℃，最后以80℃/min的升温速率从750℃升到850℃，在850℃保温20min，制得高熵合金-金刚石复合材料。
将制得的高熵合金-金刚石复合材料打磨抛光后用常规检测手段所用的仪器进行组织及性能检测，所得复合材料技术参数如下：
实施例3
S1、按质量百分比，将25wt.％的铝粉、20wt.％镍粉的、35wt.％的铜粉、10wt.％的铁粉、10wt.％的铬粉放入WC硬质合金罐中，所有金属粉的纯度为99.5％，目数为500目，球料比10:1，球磨介质为WC硬质合金球，在手套箱过渡舱中进行反复洗气(氩气)后放入操作腔体内，盖上密封盖，保证罐内氩气环境下取出放入型号为QM-3SP4的球磨机中，球磨转速为400r/min，正反转交替运行，正转1h，停机30min，再反转1h，循环往复，待球磨时间为10h、20h、30h、40h时滴入过程控制剂工业乙醇(分析纯≥99.7％)，滴入量为0.2ml/10g粉料，球磨时间50h后将粉料全部取出。
S2、向球磨后的高熵合金结合剂粉末添加高熵合金结合剂和金刚石粉末总量的40wt.％粒径为70μm的金刚石粉末，装填入石墨模具中，用油压机先在8MPa的压力预压成型后，放入型号为LABOXTM-110的SPS放电等离子烧结仪中进行SPS烧结；充入氩气保护气，加压，压力设定为20MPa，以137℃/min的升温速率从室温升到571℃，以7℃/min的升温速率从571℃升到600℃，在600℃保温10min，以50℃/min的升温速率从600℃到750℃，以100℃/min的升温速率从750℃到900℃，在900℃保温30min，制得高熵合金-金刚石复合材料。
将制得的高熵合金-金刚石复合材料打磨抛光后用常规检测手段所用的仪器进行组织及性能检测，所得复合材料技术参数如下：
实施例4
S1、按质量百分比，将20wt.％的铝粉、20wt.％镍粉的、20wt.％的铜粉、20wt.％的铁粉、20wt.％的铬粉放入WC硬质合金罐中，所有金属粉的纯度为99.5％，目数为250目，球料比10:1，球磨介质为WC硬质合金球，在手套箱过渡舱中进行反复洗气(氩气)后放入操作腔体内，盖上密封盖，保证罐内氩气环境下取出放入型号为QM-3SP4的行星球磨机中，球磨转速为350r/min，正反转交替运行，正转1h，停机30min，再反转1h，循环往复，待球磨时间为10h、20h、30h、40h、50h时滴入过程控制剂工业乙醇(分析纯≥99.7％)，滴入量为0.2ml/10g粉料，球磨时间60h后将粉料全部取出。
S2、向球磨后的高熵合金结合剂粉末添加高熵合金结合剂和金刚石粉末总量的30wt.％粒径为80μm的金刚石粉末，装填入石墨模具中，用油压机在10MPa的压力预压成型后，放入型号为LABOXTM-110的SPS放电等离子烧结仪中进行SPS烧结；充入氩气保护气，加压，压力设定为40MPa，以137℃/min的升温速率从室温升到571℃，以7℃/min的升温速率从571℃升到600℃，在600℃保温10min，以50℃/min的升温速率从600℃到750℃，以150℃/min的升温速率从750℃到950℃，在950℃保温20min，制得高熵合金-金刚石复合材料。
将制得的高熵合金-金刚石复合材料打磨抛光后用常规检测手段所用的仪器进行组织及性能检测，所得复合材料技术参数如下：
实施例5
S1、按质量百分比，将15wt.％的铝粉、18wt.％镍粉的、25wt.％的铜粉、26wt.％的铁粉、16wt.％的铬粉放入WC硬质合金罐中，所有金属粉的纯度为99.5％，目数为350目，球料比10:1，球磨介质为WC硬质合金球，在手套箱过渡舱中进行反复洗气后放入操作腔体内(所用气体为氩气)，盖上密封盖，保证罐内氩气环境下取出放入型号为QM-3SP4的行星球磨机中，球磨转速为350r/min，正反转交替运行，正转1h，停机30min，再反转1h，循环往复。待球磨时间为10h、20h时滴入过程控制剂工业乙醇(分析纯≥99.7％)，滴入量为0.2ml/10g粉料，球磨时间30h后将粉料全部取出。
S2、向球磨后的高熵合金结合剂粉末添加高熵合金结合剂和金刚石粉末总量的40wt.％粒径为90μm的金刚石粉末，装填入石墨模具中，用油压机在5MPa的压力预压成型后，放入型号为LABOXTM-110的SPS放电等离子烧结仪中进行SPS烧结；充入氩气保护气，加压，压力设定为50MPa，以137℃/min的升温速率从室温升到571℃，以7℃/min的升温速率从571℃升到600℃，在600℃保温10min，以50℃/min的升温速率从600℃到750℃，以200℃/min的升温速率从750℃到1000℃，在1000℃保温15min，制得高熵合金-金刚石复合材料。
将制得的高熵合金-金刚石复合材料打磨抛光后用常规检测手段所用的仪器进行组织及性能检测，所得复合材料技术参数如下：
实施例6
S1、按质量百分比，将13wt.％的铝粉、15wt.％的镍粉、25wt.％的铜粉、22wt.％的铁粉、25wt.％的铬粉放入WC硬质合金罐中，所有金属粉的纯度为99.5％，目数为400目，球料比10:1，球磨介质为WC硬质合金球，在手套箱过渡舱中进行反复洗气(氩气)后放入操作腔体内，盖上密封盖，保证罐内氩气环境下取出放入型号为QM-3SP4的行星球磨机中，球磨转速为350r/min，正反转交替运行，正转1h，停机30min，再反转1h，循环往复。待球磨时间为10h时滴入过程控制剂工业乙醇(分析纯≥99.7％)，滴入量为0.2ml/10g粉料，球磨时间20h后将粉料全部取出。
S2、向球磨后的高熵合金结合剂粉末添加高熵合金结合剂和金刚石粉末总量的30wt.％粒径为90μm的金刚石粉末，装填入石墨模具中，用油压机在10MPa的压力预压成型后，放入型号为LABOXTM-110的SPS放电等离子烧结仪中进行SPS烧结；充入氩气保护气，加压，压力设定为50MPa，以137℃/min的升温速率从室温升到571℃，以7℃/min的升温速率从571℃升到600℃，在600℃保温10min，以50℃/min的升温速率从600℃到800℃，在800℃保温30min，制得高熵合金-金刚石复合材料。
将制得的高熵合金-金刚石复合材料打磨抛光后用常规检测手段所用的仪器进行组织及性能检测，所得复合材料技术参数如下：
实施例7
S1、按质量百分比，将12wt.％的铝粉、20wt.％的镍粉、25wt.％的铜粉、19wt.％的铁粉、24wt.％的铬粉放入WC硬质合金罐中，所有金属粉的纯度为99.5％，目数为325目，球料比10:1，球磨介质为WC硬质合金球，在手套箱过渡舱中进行反复洗气(氩气)后放入操作腔体内，盖上密封盖，保证罐内氩气环境下取出放入型号为QM-3SP4的行星球磨机中，球磨转速为400r/min，正反转交替运行，正转1h，停机30min，再反转1h，循环往复。待球磨时间为10h、20h、30h时滴入过程控制剂工业乙醇(分析纯≥99.7％)，滴入量为0.2ml/10g粉料，球磨时间40h后将粉料全部取出。
S2、向球磨后的高熵合金结合剂粉末添加高熵合金结合剂和金刚石粉末总量的40wt.％粒径为10μm的金刚石粉末，装填入石墨模具中，用油压机在7MPa的压力预压成型后，放入型号为LABOXTM-110的SPS放电等离子烧结仪中进行SPS烧结；充入氩气保护气，加压，压力设定为20MPa，以137℃/min的升温速率从室温升到571℃，以7℃/min的升温速率从571℃升到600℃，在600℃保温10min，以50℃/min的升温速率从600℃升到750℃，最后以80℃/min的升温速率从750℃升到850℃，在850℃保温25min，制得高熵合金-金刚石复合材料。
将制得的高熵合金-金刚石复合材料打磨抛光后用常规检测手段所用的仪器进行组织及性能检测，所得复合材料技术参数如下：
实施例8
S1、按质量百分比，将24wt.％的铝粉、15wt.％的镍粉、26wt.％的铜粉、19wt.％的铁粉、16wt.％的铬粉放入WC硬质合金罐中，所有金属粉的纯度为99.5％，目数为275目，球料比10:1，球磨介质为WC硬质合金球，在手套箱过渡舱中进行反复洗气(氩气)后放入操作腔体内，盖上密封盖，保证罐内氩气环境下取出放入型号为QM-3SP4的行星球磨机中，球磨转速为400r/min，正反转交替运行，正转1h，停机30min再反转1h，循环往复待球磨时间为10h、20h、30h、40h时滴入过程控制剂工业乙醇(分析纯≥99.7％)，滴入量为0.2ml/10g粉料，球磨时间50h后将粉料全部取出。
S2、向球磨后的高熵合金结合剂粉末添加高熵合金结合剂和金刚石粉末总量的20wt.％粒径为35μm的金刚石粉末，装填入石墨模具中，用油压机先用6MPa的压力预压成型后，放入型号为LABOXTM-110的SPS放电等离子烧结仪中进行SPS烧结；充入氩气保护气，加压，压力设定为50MPa，以137℃/min的升温速率从室温升到571℃，以7℃/min的升温速率从571℃升到600℃，在600℃保温10min，以50℃/min的升温速率从600℃升到750℃，以100℃/min的升温速率从,750℃升温至900℃，在900℃保温30min，制得高熵合金-金刚石复合材料。
将制得的高熵合金-金刚石复合材料打磨抛光后用常规检测手段所用的仪器进行组织及性能检测，所得复合材料技术参数如下：
实施例9
S1、按质量百分比，将20wt.％的铝粉、21wt.％的镍粉、27wt.％的铜粉、20wt.％的铁粉、12wt.％的铬粉放入WC硬质合金罐中，所有金属粉的纯度为99.5％，目数为300目，球料比10:1，球磨介质为WC硬质合金球，在手套箱过渡舱中进行反复洗气(氩气)后放入操作腔体内，盖上密封盖，保证罐内氩气环境下取出放入型号为QM-3SP4的行星球磨机中，球磨转速为300r/min，正反转交替运行，正转1h，停机30min，再反转1h，循环往复。待球磨时间为10h、20h、30h、40h、50h时滴入过程控制剂工业乙醇(分析纯≥99.7％)，滴入量为0.2ml/10g粉料，球磨时间60h后将粉料全部取出。
S2、向球磨后的高熵合金结合剂粉末添加高熵合金结合剂和金刚石粉末总量的25wt.％粒径为45μm的金刚石粉末，装填入石墨模具中，用油压机先在10MPa的压力预压成型后，放入型号为LABOXTM-110的SPS放电等离子烧结仪中进行SPS烧结；充入氩气保护气，调控好烧结压力，压力设定为25MPa，以137℃/min的升温速率从室温升到571℃，以7℃/min的升温速率从571℃升到600℃，在600℃保温10min，以50℃/min的升温速率从600℃升到750℃，最后以80℃/min的升温速率从750℃升到850℃，以150℃/min的升温速率从750℃升温至950℃，在950℃保温15min，制得高熵合金-金刚石复合材料。
将制得的高熵合金-金刚石复合材料打磨抛光后用常规检测手段所用的仪器进行组织及性能检测，所得复合材料技术参数如下：
实施例10
S1、按质量百分比，将13wt.％的铝粉、21wt.％的镍粉、26wt.％的铜粉、28wt.％的铁粉、12wt.％的铬粉放入WC硬质合金罐中，所有金属粉的纯度为99.5％，目数为300目，球料比10:1，球磨介质为WC硬质合金球，在手套箱过渡舱中进行反复洗气(氩气)后放入操作腔体内，盖上密封盖，保证罐内氩气环境下取出放入型号为QM-3SP4的行星球磨机中，球磨转速为250r/min，正反转交替运行，正转1h，停机30min，再反转1h，循环往复。待球磨时间为10h、20h时滴入过程控制剂工业乙醇(分析纯≥99.7％)，滴入量为0.2ml/10g粉料，球磨时间30h后将粉料全部取出。
S2、向球磨后的高熵合金结合剂粉末添加高熵合金结合剂和金刚石粉末总量的30wt.％粒径为10μm的金刚石粉末，装填入石墨模具中，用油压机在6MPa的压力预压成型后，放入型号为LABOXTM-110的SPS放电等离子烧结仪中进行SPS烧结；充入氩气保护气，加压，压力设定为40MPa，以137℃/min的升温速率从室温升到571℃，以7℃/min的升温速率从571℃升到600℃，在600℃保温10min，以50℃/min的升温速率从600℃升到750℃，以200℃/min的升温速率从750℃升温到1000℃，在1000℃保温10min，制得高熵合金-金刚石复合材料。
将制得的高熵合金-金刚石复合材料打磨抛光后用常规检测手段所用的仪器进行组织及性能检测，所得复合材料技术参数如下：
实施例11
S1、按质量百分比，将25wt.％的铝粉、15wt.％的镍粉、20wt.％的铜粉、10wt.％的铁粉、30wt.％的铬粉放入WC硬质合金罐中，所有金属粉的纯度为99.5％，目数为400目，球料比10:1，球磨介质为WC硬质合金球，在手套箱过渡舱中进行反复洗气(氩气)后放入操作腔体内，盖上密封盖，保证罐内氩气环境下取出放入型号为QM-3SP4的行星球磨机中，球磨转速为350r/min，正反转交替运行，正转1h，停机30min，再反转1h，循环往复。待球磨时间为10h、20h、30h时滴入过程控制剂工业乙醇(分析纯≥99.7％)，滴入量为0.2ml/10g粉料，球磨时间40h后将粉料全部取出。
S2、向球磨后的高熵合金结合剂粉末添加高熵合金结合剂和金刚石粉末总量的30wt.％粒径为40μm的金刚石粉末，装填入石墨模具中，用油压机在8MPa的压力预压成型后，放入型号为LABOXTM-110的SPS放电等离子烧结仪中进行SPS烧结；充入氩气保护气，加压，压力设定为30MPa，以137℃/min的升温速率从室温升到571℃，以7℃/min的升温速率从571℃升到600℃，在600℃保温10min，以50℃/min的升温速率从600℃升到750℃，最后以80℃/min的升温速率从750℃升到850℃，在850℃保温25min，制得高熵合金-金刚石复合材料。
将制得的高熵合金-金刚石复合材料打磨抛光后用常规检测手段所用的仪器进行组织及性能检测，所得复合材料技术参数如下：
本发明制备的高熵合金-金刚石复合材料的维氏硬度在50HV以上，抗折强度在300MPa以上。现有的金属结合剂，例如(Co、Cu、Fe)-金刚石复合材料的洛氏硬度只能达到90-110HRB，本发明的高熵合金-金刚石复合材料的硬度高出几个数量级。金属结合剂结合金刚石的超硬磨具的综合性能主要考虑硬度和抗折强度，硬度越强，抗折强度越弱，而本发明的高熵合金-金刚石复合材料在抗折强度优于现有的超硬磨具的情况下，硬度高出现有超硬磨具几个数量级，性能明显提高。
综上，本发明具有以下优点：
本发明的采用铝粉、镍粉、铜粉、铁粉和铬粉制备的高熵合金结合剂，然后结合金刚石制备高熵合金-金刚石复合材料，制备方法简单，而且制得的复合材料综合性能较高，具有较高的硬度和抗折强度，性能优于现有的超硬磨具。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种高熵合金-金刚石复合材料，其特征在于：其包括10-40wt.％的高熵合金结合剂和60-90wt.％的金刚石粉末，
其中，高熵合金结合剂包括以下重量份的组分：5-25wt.％的铝粉、15-30wt.％的镍粉、10-35wt.％的铜粉、10-30wt.％的铁粉、其余为铬粉。
2.根据权利要求1所述的高熵合金-金刚石复合材料，其特征在于：所述铝粉、镍粉、铜粉、铁粉和铬粉的纯度为99.5％。
3.根据权利要求2所述的高熵合金-金刚石复合材料，其特征在于：所述铝粉、镍粉、铜粉、铁粉和铬粉均为200-500目。
4.根据权利要求1所述的高熵合金-金刚石复合材料，其特征在于：所述金刚石粉末的粒度为10-90μm。
5.一种如权利要求1～4任一所述的高熵合金-金刚石复合材料的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：
S1、将铝粉、铁粉、镍粉、铬粉和铜粉在行星球磨机上进行球磨，球磨时间为20-60h，球料比为10:1，球磨转速为200-400r/min，正反转交替运行，正转1h，停机30min，再反转1h，循环往复，球磨过程中每隔10h滴入过程控制剂，得到高熵合金结合剂；
S2、向高熵合金结合剂中添加金刚石粉末得到混合原料，将混合原料装填入石墨磨具中，在2-10MPa的压力下预压成型后进行放电等离子烧结，烧结压力20-50MPa，以137℃/min的升温速率从室温升到571℃，以7℃/min的升温速率从571℃升到600℃，在600℃保温10min，以50℃/min的升温速率从600℃升到750℃，从750℃升温至烧结温度后保温5-30min，制得高熵合金-金刚石复合材料。
6.根据权利要求5所述的高熵合金-金刚石复合材料的制备方法，其特征在于：所述控制剂为工业乙醇，分析纯≥99.7％，所述控制剂的用量为：每10g金属粉中加入0.2ml工业乙醇。
7.根据权利要求5所述的高熵合金-金刚石复合材料的制备方法，其特征在于：所述烧结温度为750℃-1000℃。
8.根据权利要求7所述的高熵合金-金刚石复合材料的制备方法，其特征在于：所述烧结温度为750℃、850℃、900℃、950℃或1000℃。
9.根据权利要求5或8所述的高熵合金-金刚石复合材料的制备方法，其特征在于：步骤S2中，从750℃升温至烧结温度的方法具体为：以80℃/min的升温速率从750℃升温到850℃，以100℃/min的升温速率从750℃升温到900℃，以150℃/min的升温速率从750℃升温到950℃，或者以200℃/min的升温速率从750℃升温到1000℃。
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