[发明专利]一种高熵合金耐磨复合材料、制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种高熵合金耐磨复合材料、制备方法及应用,涉及耐磨复合材料技术领域。将高熵合金基体与经过表面金属化预处理的外加混杂增强相的均匀混合物进行烧结，制得高熵合金耐磨复合材料。本发明对增强颗粒表面进行金属化预处理，能够极大地改善增强相与基体间的界面冶金结合，减少增强颗粒脱落现象，间接提升了材料耐磨性。

技术领域

本发明涉及耐磨复合材料技术领域，具体而言，涉及一种高熵合金耐磨复合材料、制备方法及应用。

背景技术

高熵合金具有高强度、高硬度、耐高温氧化、良好的塑性和优异的耐磨性等特点，是工具钢潜在的基体材料之一。基于金属基复合材料的优势，通过添加硬质颗粒，大幅提升高熵合金基体耐磨性，具有非常重要的工程意义。

在目前可见的硬质相增强高熵合金复合材料中(专利201810617341.1，201810508772.4，201810770406.6，201810008864.6，201811145610.5，201810617466.4，20161003430.7，201610030517.4等)，硬质相主要包括微纳米级别的碳化物(TiC、WC、NbC、SiC)、氮化物(BN)、硼化物(TiB₂)、氧化物(TiO、Sc₂O₃)和金刚石等，常见的制备方法包括真空熔炼法、激光镀覆法、机械合金化法、3D打印等。

现有的高熵合金及复合材料仍亟需行之有效的方法以使得耐磨性获得更大的提升。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高熵合金耐磨复合材料、制备方法及应用。

本发明是这样实现的：

一种高熵合金耐磨复合材料的制备方法，其包括如下步骤：将高熵合金基体与经过表面金属化预处理的外加混杂增强相的均匀混合物进行烧结，制得高熵合金耐磨复合材料。

为了解决现有技术存在的问题，发明人首先从增强相的添加方式考虑，现有的添加方式分为内生法和外加法两种，内生法制备的增强颗粒细小，与基体冶金结合好，具有较低的热膨胀系数，但细微颗粒容易发生团聚，造成材料局部成分不均，而且难以生成尺寸大于微米级的增强相颗粒，在材料磨损过程中增强颗粒容易被大面积切削，这对想大幅提升高熵合金硬度及耐磨性是不利的。而外加法中，直接添加硬质颗粒，造成外加颗粒与基体材料间有残余空隙的存在，颗粒与基体的亲和力低，导致力学性能较差。

对于制备方法而言，现有技术中利用真空熔炼法添加非金属增强颗粒时，因铸造过程中会产生热膨胀和冷凝，且存在材料间密度、热膨胀系数和物料界面差异等因素，容易导致铸态的高熵合金晶粒尺寸较大，内部成分偏析显著，材料内应力过大，空隙以及缩孔等缺陷较多；激光镀覆方法更适合用于表层增强效应的复合材料制备；3D打印则对粉末形貌和流动性要求很高，投入成本较大；常规的粉末冶金工艺中，通常需要先进行模压成形，该过程粉末与模壁间存在摩擦，且硬质颗粒有很高的硬度，制得的生坯中存在较高的孔隙缺陷，加之后续烧结时间较长，材料内组织长大现象明显，从而降低了材料的力学性能。

如何通过适当的工艺，改善增强相的均匀分布及增强相与高熵合金基体的界面亲和力，减少复合材料中的界面缺陷，进而大幅提升高熵合金基体的耐磨性，是高熵合金复合材料制备的关键所在。

本发明对增强颗粒表面经金属化预处理，能够极大地改善增强颗粒与基体直接接触时，因界面存在空隙且结合不牢的问题，增强界面冶金结合，进而提升复合材料的质量，减少使用过程中增强颗粒脱落等现象，间接提升了材料耐磨性。

本发明还提供了5种元素组成的高熵合金基体，以经表面金属化预处理的陶瓷颗粒和金刚石微粉共同作为增强相，采用放电等离子烧结(SPS)为制备手段，制备得到一种高熵合金耐磨复合材料。