Investigation of the applicability of Cu–Fe–Mn–Ni based high entropy and compositionally complex alloys as metal matrix composites for cobalt free hot-pressed diamond tools

材料科学 多孔性 冶金 共晶体系 钻石 等温过程 微观结构 复合材料 热力学 物理
作者
Christian Timmer,Wolfgang Tillmann,Lukas Wojarski,Manuel Ferreira
出处
期刊:Journal of materials research and technology [Elsevier BV]
卷期号:26: 5518-5534 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.jmrt.2023.08.272
摘要

Due to the rising demand and carcinogenic effect of cobalt, alternative metal matrixes need to be developed for hot-pressed diamond tools. Due to this reason High-Entropy alloys without cobalt were calculated via phase fraction diagrams. Three alloys of the Al-Cu-Fe-Mn-Ni system Al30Cu30Fe5Mn25Ni, Al11.25Cu35Fe5Mn20Ni28.75 and Al5Cu20Fe25Mn25Ni25 were chosen due to their different crystal structures ranging from pure bcc, eutectic fcc-bcc to pure fcc crystal structure. Cr5Cu20Fe25Mn25Ni25 was chosen to verify the change of one element on the consolidation properties. The alloys were mechanically alloyed and hot-pressed at 800 °C for 3 min without and at 900 °C for 3 min with diamonds. Porosity increased with the fraction of bcc solid solution in the investigated alloys of the Al-Cu-Fe-Mn-Ni system. Samples consisting of Cr5Cu20Fe25Mn25Ni25 showed the lowest porosity, which was attributed to precipitation of a second copper-rich fcc solid solution around the remaining pores. At a process temperature of 800 °C and 3 min isothermal hold the samples featured a porosity of only 2.72 %. Within the XRD patterns and SEM images of the hot-pressed samples with diamonds no graphitization or formation of carbides could be observed. Therefore, Cr5Cu20Fe25Mn25Ni25 was identified as a promising cobalt free metal-matrix candidate for diamond tools.
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