专利名称：基于高熵合金粘结剂的多元硼化物金属陶瓷及其制备方法
技术领域：
本发明属于金属陶瓷材料制备技术领域，特别涉及一种基于高熵合金粘结剂的多元硼化物金属陶瓷及其制备方法。
背景技术：
对于传统硬质合金而言，其使用了大量的钨、钴等战略资源，且成本较高。因此，不含钴等贵金属的金属陶瓷复合材料以其优良的耐磨、耐蚀、耐热性而具有重要的使用价值和战略意义。硼化物金属陶瓷具有硬度高、抗弯强度高、密度低、断裂韧性高、耐磨性高、耐腐蚀性好等特点，成为了很好的替代材料。于上世纪80年代，日本Toyo Kohan公司研究开发了反应硼化烧结法，解决了硼化物烧结性能差，烧结时易于粘接金属生产脆性相的问题， 成功的制备了 Mo2FeB2, Mo2NiB2, W2FeB2等一系列多元硬质合金。其硬度和抗弯强度范围在8(T92HRA和I. (T2. 6GPa，其密度约为普通硬质合金的3/5，接近不锈钢的密度。近年来，国内对Mo2FeB2金属陶瓷等方面做了较多的研究，并且已显示了作为涂层、硬质合金、耐磨材料等应用的巨大潜力。但就使用性能来讲，多元硼化物金属陶瓷尚存在强度和韧性不足的弱点，这一弱点不仅影响其使用寿命，而且也使它的使用范围受到限制。因此如何提高多元硼化物金属陶瓷的强韧性就成为材料工作者所关注的问题，其中改善多元硼化物金属陶瓷的粘结相性能就是一种有效的途径。多主元高熵合金突破了以I种或2种金属元素为主的传统合金的发展框架，是一种由4种以上元素组成，每种元素的含量摩尔比在5%至35%之间的新型合金。多主元的混合产生高熵效应，使得高熵合金具有高硬度和良好韧性以及良好的耐腐蚀性和耐磨性等性能。因此，采用高熵合金作为多元硼化物金属陶瓷的粘结相，可有效实现多元硼化物金属陶瓷的强韧化以及耐腐蚀性和耐磨性等性能的提高。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提出一种基于高熵合金粘结剂的多元硼化物陶瓷。该新型硼化物陶瓷在保持高硬度、高耐磨性的前提下，能较大幅度地提高其强度、韧性和耐蚀性能，使其具备优良的综合性能。本发明的另一个目的还在于通过合理的成分设计和优化制备工艺相结合，提供一种能进一步改善材料的综合性能，生产工艺简便，生产成本相对低的基于高熵合金粘结剂的多元硼化物金属陶瓷的制备方法。为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为一种基于高熵合金粘结剂的多元硼化物金属陶瓷，其特征在于以高熵合金为粘结相，以硼化物为硬质相，硼化物金属陶瓷材料的组成组分以重量百分数计为
高熵合金粘结相3% 35%
硼化物硬质相65% 97%进一步，上述的基于高熵合金粘结剂的硼化物金属陶瓷中高熵合金粘结相由铁、钴、镍、铬、铝、钒、钛、铜、锆、钥、锰元素中的至少四种组成，且每种元素的含量摩尔比在5%至35%之间。进一步，所述的基于高熵合金粘结剂的多元硼化物金属陶瓷多元硼化物硬质相为W2MlB2或和Mo2M2B2，其中Ml为Fe，Ni，Co，Cr元素中至少一种，M2为Fe，Ni，Co，Cr元素中至少一种。基于高熵合金粘结剂的多元硼化物金属陶瓷的制备方法中，高熵合金粘结剂的多元硼化物金属陶瓷的原料组分及各组分的重量百分数为
高熵合金粘结相原料3 35% ;
多元硼化物原料余量；· 进一步，上述闻摘合金粘结相原料为铁、钻、镇、络、招、钥；、钦、铜、错、钥、猛兀素的金属单质粉末或/和它们的合金粉末，并且原料中含有上述元素中的至少四种，每种元素的含量摩尔比在5%至35%之间；
进一步，上述多元硼化物原料为W2MlB2或和Mo2M2B2的粉末，其中Ml为Fe，Ni, Co，Cr元素中至少一种，M2为Fe，Ni，Co，Cr元素中至少一种Mo2FeB2、Mo2NiB2、W2FeB2、W2NiB2粉末中的至少一种。或高熵合金粘结剂的多元硼化物金属陶瓷的原料组分及各组分的重量百分数为
铁磁性组元12. 5 21. 6%
硼组元4. 8 8.1%
难熔金属70. 5 82. 6 % ；
进一步，上述基于高熵合金粘结剂的多元硼化物金属陶瓷的铁磁性组元为Fe、Ni、Co、Cr元素中的至少一种，来源于上述元素的金属单质粉末、上述元素之间的合金粉末、上述元素的硼化物粉末、上述元素与钨或和钥的合金粉末中的至少一种；
进一步，上述基于高熵合金粘结剂的硼化物金属陶瓷的硼来源于单质B粉，Fe、Ni、Co、Cr的硼化物粉末中的至少一种；
进一步，上述基于高熵合金粘结剂的硼化物金属陶瓷的难熔金属为W或和Mo元素，来源于W或和Mo元素的单质粉末，W或和Mo元素与铁磁性组元形成的合金粉末中的至少一种。上述一种基于高熵合金粘结剂的多元硼化物金属陶瓷制备方法的工艺步骤如下
(1)按照上述配比，配制好的原料混合粉末置入球磨机，加入无水乙醇或丙酮研磨介质，球料比为(10 4) :1，进行湿磨分散10_72h，取出研磨球体，将得以充分湿磨分散的混合浆料进行沉淀、干燥；
(2)按混合料重量的I 3wt%掺入成型剂，充分混合均匀后进行造粒、干燥，得到流动性良好的混合粒料，将上述干燥后的混合粒料装入模具中进行机械模压成型成坯料；
(3)将上述坯料置入低压烧结炉中，于250 350°C和450 600°C下各保温40 120min脱出成型剂，炉内的真空度为I X KT1Pa I X KT3Pa ;再在1100 1300°C下烧结90 120min，然后冷却至室温，或在烧结完成后通入I 6MPa氩气或氮气冷却到室温出炉，即制得基于高熵合金粘结剂的多元硼化物金属陶瓷；
所述的成型剂为聚乙二醇、石蜡、丁纳橡胶和SD胶中的一种。本发明还采取了其他一些技术措施。本发明具有以下有益效果
I、由于本发明所述基于高熵合金粘结相的多元硼化物金属陶瓷材料，采用高熵合金作为粘结相，利用熵合金因多主元混合产生高熵效应而具有的高硬度和良好的韧性以及良好的耐腐蚀、耐磨和耐热等性能，来强韧化多元硼化物金属陶瓷材料，提其耐腐蚀、耐磨和耐热等性能，同时克服了传统硼化物金属陶瓷材料粘结相单一主元的缺陷，有效的改善了多元硼化物金属陶瓷材料综合机械性能。2、基于高熵合金粘结相的多元硼化物金属陶瓷材料中，高熵合金粘结相的引入了铁、钴、镍、铬、铝、钒、钛、铜、锆、钥、猛元素中至少四中元素，它们之间的系统作用不仅可以有效强韧化粘结相，而且还可改善粘结相和硼化物硬质相之间的界面润湿性，细化硬质相 的晶粒等多重效果的综合作用，可进一步使得制备的基于高熵合金粘结相的多元硼化物金属陶瓷材料的强度、硬度和韧性均得以大幅提升，有效实现了硬度和强韧性的匹配。3、采用铁、铬、铝等常规原料，能大幅降低三硼化物金属陶瓷材料成本。4、本发明所述方法工艺简单，原料易于获取，因而便于工业化生产。
图I是实施例I所述制品的SEM背散射照片。图2是实施例I所述制品的X射线衍射图。
具体实施例方式以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但本发明不限于以下实施例。实施例I :
分别称取65g Mo2FeB2粉、35g高熵合金粘结相原料粉末，其中高熵合金粘结相原料粉末为铁粉末、镍粉末、钴粉末和招粉末，按照铁、钴、镍、招元素摩尔比I :1 1 1配制。将上述原料一起置入球磨机中进行湿磨分散，球磨转速为30转/分钟,研磨时间为24小时,研磨球体采用直径为$ IOmm的WC-8wt%Co硬质合金球，球料比为8:1，湿磨介质为无水丙酮。将研磨后的混合浆料过筛取出研磨球体，混合浆料经沉淀分离后80°C条件下干燥4小时得混合料。按混合料重量的3wt%掺入石蜡作为成型剂，混合均匀后进行制粒、干燥，得到流动性良好的混合粒料。将混合粒料装入模具中以220MPa的压力压制成型，再将压坯放入真空炉中脱出成型剂，真空炉内真空度为lX10_2Pa，在升温至350°C保温120min，600°C保温40min ;然后将合格的粉末压坯放入低压烧结炉中进行烧结，烧结温度为1200°C，保温时间为90 min,烧结完成后通入6MPa気气快速冷却至室温。根据上述成分和工艺条件制备的基于高熵合金粘结相的多元硼化物金属陶瓷材料的相组成如图I所示，微观形貌如图2所示。测出上述金属陶瓷的力学性能指标为抗弯强度2700MPa，维氏硬度1330MPa，断裂韧性27MPam1/2。实施例2
分别称取40g Mo2FeB2粉、40gW2FeB2粉和20g高熵合金粘结相原料粉末，其中高熵合金粘结相原料粉末为钛铁合金粉末、铬镍合金粉末、铁粉末、铜粉末和f凡粉，按照铁、钴、镍、铬、钛、铜、钥;元素摩尔比I :1:1:1 :1 :1:1:1 :1配制。将上述原料一起置入球磨机中进行湿磨分散，球磨转速为30转/分钟,研磨时间为48小时,研磨球体采用直径为小IOmm的WC-8wt%Co硬质合金球,球料比为8:1,湿磨介质为无水乙醇。将研磨后的混合衆料过筛取出研磨球体，混合浆料经沉淀分离后80°C条件下干燥4小时得混合料。按混合料重量的lwt%掺入聚乙二醇作为成型剂，混合均匀后进行制粒、干燥，得到流动性良好的混合粒料。将混合粒料装入模具中以220MPa的压力压制成型，再将压坯放入真空炉中脱出成型剂，真空炉内真空度为IX KT1Pa,在升温至260°C保温40min，550°C保温40min ;然后将合格的粉末压坯放入低压烧结炉中进行烧结，烧结温度为1100°C，保温时间为120 min，然后冷却至室温。根据上述成分和工艺条件制备的基于高熵合金粘结相的多元硼化物金属陶瓷材料的力学性能指标为抗弯强度2400MPa，维氏硬度1380MPa，断裂韧性20. 2 MPam1/2。
·
实施例3:
分别称取450g Mo2NiB2粉、450gW2NiB2粉和30g高熵合金粘结相原料粉末，其中高熵合金粘结相原料粉末为铁粉末、镍粉末、错粉末、钥粉末和猛粉，按照铁、镍、错、钥、猛元素摩尔比I :1 1 1 1配制。将上述原料一起置入球磨机中进行湿磨分散,球磨转速为26r/min,研磨时间为10小时,研磨球体采用直径为IOmm的WC_8wt%Co硬质合金球,球料比为10:1，湿磨介质为甲醇。将研磨后的混合浆料过筛取出研磨球体，混合浆料经沉淀分离后80°C条件下干燥4小时得混合料。按混合料重量的2wt%掺入SD胶作为成型剂，混合均匀后进行制粒、干燥，得到流动性良好的混合粒料。将混合粒料装入模具中以300MPa的压力压制成型，再将压坯放入真空炉中脱出成型剂，真空炉内真空度I X 10 ,在升温至280°C保温60 min，560°C时保温60min ;然后将合格的粉末压坯放入低压烧结炉中进行烧结，烧结温度为1300°C，保温时间为90min，烧结后通入IMPa氩气快速冷却至室温。根据上述成分和工艺条件制备的基于高熵合金粘结相的多元硼化物金属陶瓷材料的力学性能指标为抗弯强度1420MPa，维氏硬度1510MPa，断裂韧性10. 2MPam1/2。实施例4
本实施例的基于高熵合金粘结剂的硼化物金属陶瓷原料(粉末)配方高熵合金粘结相25%wt,多元硼化物硬质相为Mo2FeB2含量75 % wt，其中高熵合金粘结相原料粉末为钥铁合金粉末、镍钴合金粉末、钒金属粉末、钛金属粉末、铬金属粉、铁粉、铜粉和锰粉，按照铁、钴、镍、铬、钒、钛、钥、铜、锰元素摩尔比I :1 1 1 1 1 0. 5 0. 5 :0. 5配制；其中多元硼化物硬质相原料的组分及各组分的重量百分数为铁磁性组元20. 7 %，硼组元8 %，难熔金属71. 3%，且铁磁性组元来源于铁粉和硼铁粉，硼组元来源于硼粉和硼铁粉，难熔金属来源于钥粉。将上述原料粉末一起放入滚筒式球磨机中进行湿磨分散，球磨转速为25转/分钟，研磨时间为36小时，研磨球体采用直径为$ IOmm的WC_8wt%Co硬质合金球，球料比为6:1，湿磨介质为无水乙醇。将研磨后的混合浆料过筛取出研磨球体，混合浆料经沉淀分离后80°C条件下干燥5小时得混合料。按混合料重量的lwt%掺入丁纳橡胶作为成型剂，混合均匀后进行制粒、干燥，得到流动性良好的混合粒料。将混合粒料装入模具中以200MPa的压力压制成型，再将压坯放入真空炉中脱出成型剂，真空炉内真空度lX10_2Pa，在升温至350°C保温40min，600°C时保温40min，再在1250°C烧结90min，然后冷却至室温。测出上述金属陶瓷的力学性能指标为抗弯强度2109MPa，维氏硬度1406MP，断裂韧性16. 18 MPam1/2。
实施例5
本实施例的基于高熵合金粘结剂的硼化物金属陶瓷原料(粉末)配方高熵合金粘结相10% wt，多元硼化物硬质相为Mo2NiB2含量90% wt，其中高熵合金粘结相原料粉末为钥粉末、镍钴合金粉末、铬金属粉、镍粉，按照钥、钴、镍、铬元素摩尔比I :1 :0. 5 :0. 5配制；其中多元硼化物硬质相原料的组分及各组分的重量百分数为铁磁性组元21.6%，硼组元7. 9%，难熔金属70. 5 %，且铁磁性组元来源于镍粉，硼组元来源于硼化镍粉，难熔金属来源于钥粉。将上述原料粉末放入滚筒式球磨机中进行湿磨分散，球磨转速为40转/分钟，研磨时间为60小时，研磨球体采用直径为$ IOmm的WC_8wt%Co硬质合金球，球料比为7:1，湿磨介质为无水乙醇。将研磨后的混合浆料过筛取出研磨球体，混合浆料经沉淀分离后80°C条件下干燥5小时得混合料。按混合料重量的lwt%掺入SD胶作为成型剂，混合均匀后进行制粒、干燥，得到流动性良好的混合粒料。将混合粒料装入模具中以280MPa的压力压制成型，再将压坯放入真空炉中脱出成型剂，真空炉内真空度IX KT1Pa,在升温至250°C保温60min，550°C保温60min ;然后在低压烧结炉中烧结，烧结温度为1150°C，保温时间为105min，烧结后通入5MPa氩气快速冷却。测出上述金属陶瓷的力学性能指标为抗弯强度 1825MPa，维氏硬度1458，断裂韧性13 MPam1720实施例6
本实施例的基于高熵合金粘结剂的硼化物金属陶瓷原料(粉末)配方高熵合金粘结相15%被，多元硼化物硬质相为1#印2含量85(%被，其中高熵合金粘结相原料粉末为钥粉末、镍粉末、铬金属粉、铁粉、钒粉，按照钥、铬、镍、铁、钒元素摩尔比I :1 1 1 1配制；其中多元硼化物硬质相原料的组分及各组分的重量百分数为铁磁性组元12. 5%，硼组元4. 9%，难熔金属82. 6%，且铁磁性组元来源于铁粉，硼组元来源于硼粉，难熔金属来源于钨粉。将上述原料粉末放入滚筒式球磨机中进行湿磨分散，球磨转速为29转/分钟，研磨时间为72小时，研磨球体采用直径为(MOmm的WC-8wt%Co硬质合金球，球料比为10:1，湿磨介质为无水乙醇。将研磨后的混合浆料过筛取出研磨球体，混合浆料经沉淀分离后70°C条件下干燥4. 5小时得混合料。按混合料重量的I. 8wt%掺入聚乙二醇作为成型剂，混合均匀后进行制粒、干燥，得到流动性良好的混合粒料。将混合粒料装入模具中以240MPa的压力压制成型，再将压坯放入真空炉中脱出成型剂，真空炉内真空度lX10_3Pa，在升温至270°C保温100min，570°C保温IOOmin ;然后在低压烧结炉中烧结，烧结温度为1300°C，保温时间为90 min，烧结后通入6MPa氩气快速冷却。测出上述金属陶瓷的力学性能指标为抗弯强度1963MPa，维氏硬度 1410，断裂韧性 13. 77 MPam1720
实施例7
本实施例的基于高熵合金粘结剂的硼化物金属陶瓷原料(粉末)配方高熵合金粘结相12% wt,多元硼化物硬质相为W2NiB2含量88% wt，其中高熵合金粘结相原料粉末为钥粉、镍粉、铬粉、f凡粉、错粉、铜粉，按照钥、铬、镍、错、f凡、铜元素摩尔比I :1 1 1 1 1配制；其中多元硼化物硬质相原料的组分及各组分的重量百分数为铁磁性组元13. 1%，硼组元4.8%,难熔金属82. 1%，且铁磁性组元来源于铁粉，硼组元来源于硼粉，难熔金属来源于钨粉。将上述原料粉末放入滚筒式球磨机中进行湿磨分散，球磨转速为60转/分钟，研磨时间为30小时，研磨球体采用直径为$ IOmm的WC_8wt%Co硬质合金球，球料比为10:1，湿磨介质为无水乙醇。将研磨后的混合浆料过筛取出研磨球体，混合浆料丁纳橡胶作为成型剂，混合均匀后进行制粒、干燥，得到流动性良好的混合粒料。将混合粒料装入模具中以260MPa的压力压制成型，再将压坯放入真空炉中脱出成型剂，真空炉内真空度I X 10_3Pa，在升温至270°C保温100min，570°C保温IOOmin ;然后在低压烧结炉中烧结，烧结温度为1100°C，保温时间为100 min，烧结后通入6MPa氩气快速冷却。测出上述金属陶瓷的力学性能指标为抗弯强度1810MPa，维氏硬度1423，断裂韧性13. 2 MPam1/2。
实施例8
本实施例的基于高熵合金粘结剂的硼化物金属陶瓷原料(粉末)配方高熵合金粘结相8% wt，多元硼化物硬质相为W2 (Fe0.5, Co0.5) B22含量92% wt，其中高熵合金粘结相原料粉末为钥粉、镍粉、铬粉、f凡粉、错粉、铜粉，按照钥、铬、镍、错、f凡、铜元素摩尔比I :1 1 1 1 I配制；其中多元硼化物硬质相原料的组分及各组分的重量百分数为铁磁性组元？ ％，硼组元4. 8 %，难熔金属82. 3%，且铁磁性组元来源于铁粉和硼化钴粉，硼组元来源于硼粉和 硼化钴粉，难熔金属来源于钨粉。将上述原料粉末放入滚筒式球磨机中进行湿磨分散，球磨转速为60转/分钟，研磨时间为30小时，研磨球体采用直径为$ IOmm的WC_8wt%Co硬质合金球，球料比为10:1，湿磨介质为无水乙醇。将研磨后的混合浆料过筛取出研磨球体，混合浆料丁纳橡胶作为成型剂，混合均匀后进行制粒、干燥，得到流动性良好的混合粒料。将混合粒料装入模具中以260MPa的压力压制成型，再将压坯放入真空炉中脱出成型剂，真空炉内真空度I X10_3Pa，在升温至270°C保温100min，570°C保温IOOmin ;然后在低压烧结炉中烧结，烧结温度为1100°C，保温时间为100 min，烧结后通入6MPa氩气快速冷却。测出上述金属陶瓷的力学性能指标为抗弯强度1763MPa，维氏硬度1483，断裂韧性11. 5 MPam1/2。
实施例9
本实施例的基于高熵合金粘结剂的硼化物金属陶瓷原料(粉末)配方高熵合金粘结相27% wt,多元硼化物硬质相为Mo2 (Fe0.5, Cr0.5)B22含量73% wt，其中高熵合金粘结相原料粉末为钥粉、镍粉、铬粉、f凡粉、错粉、铜粉，按照钥、铬、镍、错、f凡、铜元素摩尔比I :1 1 1 1 I配制；其中多元硼化物硬质相原料的组分及各组分的重量百分数为铁磁性组元20. 1%，硼组元8. I %，难熔金属71. 8%，且铁磁性组元来源于铁粉和二硼化铬粉，硼组元来源于硼粉和二硼化铬粉，难熔金属来源于钥粉。将上述原料粉末放入滚筒式球磨机中进行湿磨分散，球磨转速为60转/分钟，研磨时间为30小时，研磨球体采用直径为$ IOmm的WC_8wt%Co硬质合金球，球料比为10:1，湿磨介质为无水乙醇。将研磨后的混合浆料过筛取出研磨球体，混合浆料丁纳橡胶作为成型剂，混合均匀后进行制粒、干燥，得到流动性良好的混合粒料。将混合粒料装入模具中以260MPa的压力压制成型，再将压坯放入真空炉中脱出成型齐U，真空炉内真空度I X 10 ,在升温至270°C保温lOOmin，570°C保温IOOmin ;然后在低压烧结炉中烧结，烧结温度为1100°C，保温时间为100 min，烧结后通入6MPa氩气快速冷却。测出上述金属陶瓷的力学性能指标为抗弯强度2560MPa，维氏硬度1330，断裂韧性24. 6MPamv2。实施例10
本实施例的基于高熵合金粘结剂的硼化物金属陶瓷原料(粉末)配方粘结相27% wt,多元硼化物硬质相为M02(Fea 33, Cr0.33Ni0.33)B22含量73 % wt，其中高熵合金粘结相原料粉末为铁粉、钴粉、钒粉、锰粉、铜粉，按照铁、钴、钒、锰、铜元素摩尔比I :1 1 1 1配制；其中多元硼化物硬质相原料的组分及各组分的重量百分数为铁磁性组元20. 6%，硼组元8. 0%，难熔金属71. 3%，且铁磁性组元来源于铁粉、铬粉和镍粉，硼组元来源于硼粉，难熔金属来源于钥粉。将上述原料粉末放入滚筒式球磨机中进行湿磨分散，球磨转速为60转/分钟，研磨时间为48小时，研磨球体采用直径为$ IOmm的WC_8wt%Co硬质合金球，球料比为8: 1，湿磨介质为无水乙醇。将研磨后的混合浆料过筛取出研磨球体，混合浆料丁纳橡胶作为成型剂，混合均匀后进行制粒、干燥，得到流动性良好的混合粒料。将混合粒料装入模具中以260MPa的压力压制成型，再将压坯放入真空炉中脱出成型剂，真空炉内真空度I X 10_3Pa，在升温至270°C保温lOOmin，570°C保温IOOmin ;然后在低压烧结炉中烧结，烧结温度为1180°C，保温时间为100 min，烧结后通入6MPa氩气快速冷却。测出上述金属陶瓷的力学性能指标为抗弯强度2540MPa，维氏硬度1340，断裂韧性25MPam1/2。实施例11 :
本实施例的基于高熵合金粘结剂的的硼化物金属陶瓷原料(粉末)配方高熵合金粘结相32% wt,多元硼化物硬质相为Mo2FeB2含量68% wt，其中高熵合金粘结相原料粉末为硼铁粉末、镍金属粉末、铬金属粉末、f凡金属粉末、猛金属粉末，按照铁、镍、铬、f凡、猛兀素摩尔比I :0. 5 :0. 5 :0. 5 :0. 5配制；其中多元硼化物硬质相原料的组分及各组分的重量百分数为铁磁性组元20. 7%，硼组元8. 0%，难熔金属71. 3%，其中铁组元来自硼铁粉(其硼含量为20%),硼组元来自硼铁粉,难容金属源自Mo粉。将上述原料粉末一起放入滚筒式球磨机中进行湿磨分散，球磨转速为25转/分钟,研磨时间为72小时,研磨球体采用直径为IOmm的WC-8wt%Co硬质合金球,球料比为6:1,湿磨介质为无水乙醇。将研磨后的混合衆料过筛取出研磨球体，混合浆料经沉淀分离后80°C条件下干燥 5小时得混合料。按混合料重量的lwt%掺入聚乙二醇作为成型剂，混合均匀后进行制粒、干燥，得到流动性良好的混合粒料。将混合粒料装入模具中以200MPa的压力压制成型，再将压坯放入真空炉中脱出成型齐U，真空炉内真空度1父10-^1，在升温至3501保温401^11，6001时保温401^11，再在12001烧结90min，然后冷却至室温。测出上述金属陶瓷的力学性能指标为抗弯强度2680MPa，维氏硬度1324 MP，断裂韧性26. 5MPam1/2。
实施例12
本实施例的基于高熵合金粘结剂的的硼化物金属陶瓷原料(粉末)配方高熵合金粘结相35% wt,多元硼化物硬质相为Mo2FeB2含量65% wt，其中高熵合金粘结相原料粉末为铁金属粉末和钥铁粉末、镍金属粉末、铬金属粉末、钥;金属粉末、猛金属粉末，按照铁、镍、铬、钒、锰元素摩尔比I :0. 5 :0. 5 :0. 5 :0. 5配制多元硼化物硬质原料的组分及各组分的重量百分数为铁磁性组元20. 7%,硼组元8. 0%,难熔金属71. 3%,其中铁磁性组元和难熔金属组元均源于钥铁粉，硼组元来源于硼粉。将上述原料粉末一起放入滚筒式球磨机中进行湿磨分散，球磨转速为25转/分钟,研磨时间为72小时,研磨球体采用直径为IOmm的WC-8wt%Co硬质合金球,球料比为5:1,湿磨介质为无水乙醇。将研磨后的混合衆料过筛取出研磨球体，混合浆料经沉淀分离后80°C条件下干燥5小时得混合料。按混合料重量的lwt%掺入聚乙二醇作为成型剂，混合均匀后进行制粒、干燥，得到流动性良好的混合粒料。将混合粒料装入模具中以200MPa的压力压制成型，再将压坯放入真空炉中脱出成型剂，真空炉内真空度1父10_^1，在升温至3501保温401^11，6001时保温401^11，再在1200°C烧结90min，然后冷却至室温。测出上述金属陶瓷的力学性能指标为抗弯强度？ MPa，维氏硬度1300MP,断裂韧性 27. 3MPam1/2。
实施例13
本实施例的基于高熵合金粘结剂的的硼化物金属陶瓷原料(粉末)配方粘结相20%wt,多元硼化物硬质相为W2FeB2和Mo2FeB2含量分别为40% wt，40%wt，其中高熵合金粘结·相原料粉末为铁粉和鹤铁粉、钴粉、猛粉、f凡粉、招粉，按照铁、钴、猛、f凡、招元素摩尔比I :I 1 1 :1 :1配制；其中多元硼化物硬质相Mo2FeB2原料的组分及各组分的重量百分数为铁磁性组元15. 63%，硼组元6. 05%，难熔金属78. 32%，且铁磁性组元来源于铁粉和钨铁合金粉，硼组元来源于硼粉，难熔金属来源于钥粉和钨铁合金粉。将上述原料粉末放入滚筒式球磨机中进行湿磨分散，球磨转速为60转/分钟，研磨时间为72小时，研磨球体采用直径为IOmm的WC-8wt%Co硬质合金球,球料比为4:1,湿磨介质为无水乙醇。将研磨后的混合浆料过筛取出研磨球体，混合浆料丁纳橡胶作为成型剂，混合均匀后进行制粒、干燥，得到流动性良好的混合粒料。将混合粒料装入模具中以260MPa的压力压制成型，再将压坯放入真空炉中脱出成型剂，真空炉内真空度lX10_3Pa，在升温至280°C保温lOOmin，600°C保温120min ;然后在低压烧结炉中烧结，烧结温度为1150°C，保温时间为100 min，烧结后通A 4MPa氩气快速冷却。测出上述金属陶瓷的力学性能指标为抗弯强度2380MPa，维氏硬度 1410，断裂韧性 20. 4MPam1/2。
权利要求
1.一种基于高熵合金粘结剂的多元硼化物金属陶瓷，其特征在于所述基于高熵合金粘结剂的多元硼化物金属陶瓷以高熵合金为粘结相，以硼化物为硬质相，多元硼化物金属陶瓷材料的组成组分以重量百分数计为 高熵合金粘结相3% 35% 多元硼化物硬质相65% 97%。
2.根据权利要求I所述的基于高熵合金粘结剂的多元硼化物金属陶瓷，其特征在于所述高熵合金粘结相由铁、钴、镍、铬、铝、钒、钛、铜、锆、钥和锰元素中的至少四种组成，且每种元素的含量摩尔比在5%至35%之间。
3.根据权利要求I所述的基于高熵合金粘结剂的多元硼化物金属陶瓷，其特征在于所述多元硼化物硬质相为W2MlB2或和Mo2M2B2，其中Ml为Fe，Ni，Co，Cr元素中至少一种，M2为Fe，Ni, Co, Cr元素中至少一种。
4.一种基于高熵合金粘结剂的多元硼化物金属陶瓷制备方法，其特征在于所述基于高熵合金粘结相的多元硼化物金属陶瓷材料的原料组分及各组分的重量百分数为 高熵合金粘结相原料3 35 % 多元硼化物原料余量； 所述高熵合金粘结相原料为铁、钴、镍、铬、铝、钒、钛、铜、锆、钥、锰和稀土元素的金属单质粉末或/和它们的合金粉末，并且原料中含有上述元素中的至少四种，每种元素的含量摩尔比在5%至35%之间； 所述基于高熵合金粘结剂的多元硼化物金属陶瓷的多元硼化物原料为W2MlB2或和Mo2M2B2的粉末，其中Ml为Fe，Ni，Co，Cr元素中至少一种，M2为Fe，Ni，Co，Cr元素中至少一种； 或所述基于高熵合金粘结相的多元硼化物金属陶瓷材料的原料组分及各组分重量百分数为 铁磁性组元12. 5 21. 6% 硼组元4. 8 8.1% 难熔金属组元70. 5 82. 6 % ； 所述基于高熵合金粘结剂的多元硼化物金属陶瓷的铁磁性组元为Fe、Ni、Co、Cr元素中的至少一种，来源于上述元素的金属单质粉末、上述元素之间的合金粉末、上述元素的硼化物粉末、上述元素与钨或和钥的合金粉末中的至少一种； 所述基于高熵合金粘结剂的多元硼化物金属陶瓷的硼来源于单质B粉，Fe、Ni、Co或和Cr的硼化物粉末中的至少一种； 所述基于高熵合金粘结剂的硼化物金属陶瓷的难熔金属为W或和Mo元素，来源于W或和Mo元素的单质粉末，W或和Mo元素与铁磁性组元形成的合金粉末中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的一种基于高熵合金粘结剂的多元硼化物金属陶瓷制备方法，其特征在于工艺步骤如下 (1)按照上述配比，配制好的原料混合粉末置入球磨机，加入无水乙醇或丙酮研磨介质，球料比为(10 4) :1，进行湿磨分散10-72h，取出研磨球体，将得以充分湿磨分散的混合浆料进行沉淀、干燥； (2)按混合料重量的I 3wt%掺入成型剂，充分混合均匀后进行造粒、干燥，得到流动性良好的混合粒料，将上述干燥后的混合粒料装入模具中进行机械模压成型成坯料； (3)将上述坯料置入低压烧结炉中，于250 350°C和450 600°C下各保温40 120min脱出成型剂，炉内的真空度为I X KT1Pa I X KT3Pa ;再在1100 1300°C下烧结90 120min，然后冷却至室温，或在烧结完成后通入I 6MPa氩气或氮气冷却到室温出炉，即制得基于高熵合金粘结剂的多元硼化物金属陶瓷； 所述的成型剂为聚乙二醇、石蜡、丁纳橡胶和SD胶中的一种。
全文摘要
本发明公开了一种基于高熵合金粘结剂的多元硼化物金属陶瓷及其制备方法，该硼化物金属陶瓷以高熵合金为粘结相，以多元硼化物为硬质相，所述高熵合金粘结相由铁、钴、镍、铬、铝、钒、钛、铜、锆、钼、锰元素中的至少四种组成，且每种元素的含量摩尔比在5%至35%之间；所述多元硼化物硬质相为W2M1B2或和Mo2M2B2，其中M1，M2为Fe，Ni，Co，Cr元素中至少一种,上述基于高熵合金粘结剂的多元硼化物金属陶瓷瓷制备方法的工艺步骤(1)球磨混料，(2)成型，(3)低压烧结。
文档编号C22C1/05GK102787267SQ20121032109
公开日2012年11月21日 申请日期2012年9月4日 优先权日2012年9月4日
发明者刘颖, 叶金文, 王杰 申请人:四川大学