以 AlCoCrFeNi₂.₁共晶高熵合金作为粘结剂的多晶金刚石的微观结构与性能

  多晶金刚石（PCD）工具的性能在很大程度上取决于粘结剂相的粘附作用和催化作用。在本研究中，AlCoCrFeNi₂.₁共晶高熵合金（HEA）被用作一种新型粘结剂材料来合成多晶金刚石样品。第一性原理计算表明，高熵合金与金刚石之间的界面强度优于钴与金刚石之间的界面强度，这表明高熵合金/多晶金刚石组合相较于传统的钴/多晶金刚石工具，具有展现出更好性能的潜力。在8.0吉帕的高压和 1500 至 1700℃的高温条件下，成功合成了以高熵合金作为粘结剂相的多晶金刚石样品。通过测量热膨胀系数、维氏硬度、横向断裂强度、抗压强度和耐磨性等几个关键性能指标，对烧结良好的高熵合金/多晶金刚石的整体性能进行了综合评估。结果表明，与传统的钴/多晶金刚石相比，高熵合金/多晶金刚石具有更低的热膨胀系数，并且在高于920开尔文的高温下，金刚石的石墨化程度有所降低。高熵合金/多晶金刚石还展现出比钴/多晶金刚石更好的机械性能，包括更高的硬度、更大的横向断裂强度和抗压强度。此外，在对花岗岩块进行相同距离的切割时，高熵合金/多晶金刚石工具的磨损损失明显低于钴/多晶金刚石工具，这表明其具有更优异的耐磨性。本研究为多晶金刚石粘结剂和多晶金刚石工具的设计与优化提供了新的思路和策略。

图1 高熵合金 / 多晶金刚石复合材料的烧结过程示意图

图2 由第一性原理计算预测的界面结构和性能。a 初始界面模型。b 几何优化后的界面结构。c 钴（Co）和高熵合金（HEA）的 d 带分波态密度（d-PDOS）。d 不同界面的差分电荷密度。e 界面处第一层原子的巴德电荷分析

图3 高熵合金 / 多晶金刚石样品和钴 / 多晶金刚石样品的 X 射线衍射图谱

标题：以 AlCoCrFeNi₂.₁共晶高熵合金为粘结剂的多晶金刚石的微观结构与性能

作者:Wei Liu，Yue Li，Deli Gao，Yezeng He，Yasser Vasseghian，Akbar Hojjati-Najafabadi

DOI：https://doi.org/10.1007/s42114-025-01214-3