CN101891481B - 多晶立方氮化硼磨料生产方法 - Google Patents

多晶立方氮化硼磨料生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多晶立方氮化硼磨料生产方法，它是采用立方氮化硼微粉为原料，以铝粉、镍粉和钴粉的混合物为结合剂，以氮碳化钛微粉为烧结助剂，在高温高压条件下进行多晶立方氮化硼磨料的烧结制备。该方法实现了以普通的立方氮化硼微粉为原料烧结制成优质多晶立方氮化硼磨料的良好效果，具有操作方便、生产效率高、成本低廉等优点，适合于多晶立方氮化硼磨料大规模生产。

Description

多晶立方氮化硼磨料生产方法
技术领域
本发明属于超高压合成立方氮化硼技术领域，特别是一种多晶立方氮化硼磨料生产方法。
背景技术
立方氮化硼具有仅次于金刚石的高硬度，优于金刚石的热稳定性和化学稳定性，作为超级磨料广泛用于各种钢、铁、镍等黑色金属材料及合金的磨削加工领域。
立方氮化硼磨料分单晶磨料和多晶磨料两种类型，单晶立方氮化硼磨料是目前成熟的、广泛使用的立方氮化硼磨料。多晶立方氮化硼磨料是一种有发展前景的立方氮化硼磨料，每一颗粒都是多晶结构，有许多细微的立方氮化硼晶体结合而成。多晶结构兼顾了加工效率和加工精度，且高温下强度基本不下降。发明专利CN87100500公开了一种富硼多晶立方氮化硼磨料的制备方法，使用富硼多晶立方氮化硼，不加烧结助剂，经高温高压再烧结得到烧结良好的多晶体。这种方法采用富硼多晶立方氮化硼为原料，不易获得，价格昂贵，而且所需的高温高压条件苛刻，因而难于推广应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够保证多晶立方氮化硼磨料质量，操作方便，成本低廉的多晶立方氮化硼磨料生产方法。
实现本发明的目的所采取的技术方案是：该方法是按以下步骤进行：
1)制备金属结合剂：分别取粒径在≤10微米的铝粉、镍粉和钴粉，并按铝粉60～90份、镍粉8～30份、钴粉2～10份的重量份配比混合均匀，制成金属结合剂备用；
2)制备烧结混合料：分别取粒径在≤10微米的立方氮化硼微粉、氮碳化钛微粉和制备的金属结合剂，按立方氮化硼微粉75～95份、氮碳化钛微粉2～10份和制备的金属结合剂3～15份的重量份配比混合均匀，制成烧结混合料备用；
3)烧结：将制备的烧结混合料装入石墨加热模具中，再将模具装入高压合成腔体内，在压力5.5～6.5GPa、温度1300～1800℃条件下，烧结120～300秒，制成多晶立方氮化硼烧结块料；
4)粉碎：将多晶立方氮化硼烧结块料破碎成粒径小于1毫米的多晶立方氮化硼颗粒备用；
5)稀酸处理：将制备的多晶立方氮化硼颗粒用质量百分比浓度为20～30％的硫酸或盐酸或硝酸水溶液按照多晶立方氮化硼颗粒∶硫酸或盐酸或硝酸水溶液＝1∶2～4的重量配比混合后，在常温下浸泡8～16小时，滤去酸液，用清水反复冲洗至中性，并烘干后备用；
6)碱处理：将经稀酸处理后的多晶立方氮化硼颗粒与质量百分比浓度为20～30％的氢氧化钠或氢氧化钾水溶液按多晶立方氮化硼颗粒∶氢氧化钠或氢氧化钾水溶液＝1∶2～4的重量配比混合后，在300～350℃温度下浸泡1～2小时，滤去碱液，并用水冲洗至中性，烘干后即制成本申请的多晶立方氮化硼磨料。
所述氮碳化钛分子式为TiCXN1-X，0≤X≤1
按照上述方法生产多晶立方氮化硼磨料，通过金属结合剂和烧结助剂氮碳化钛的催化作用，实现了以普通的立方氮化硼微粉为原料烧结制成优质多晶立方氮化硼磨料的良好效果，具有操作方便、生产效率高、成本低廉等优点，适合于多晶立方氮化硼磨料大规模生产。
具体实施方式
本发明的多晶立方氮化硼磨料生产方法是由发明人在总结长期实践经验的基础上，并通过大量的试验研究所得。该方法采用普通的立方氮化硼微粉，并通过金属结合剂和烧结助剂氮碳化钛的催化作用，在高温高压条件下烧结制成性能优良的多晶立方氮化硼磨料。该每一颗粒都是有许多细微的立方氮化硼晶体结合而成的多晶结构，该磨料用于黑色金属的加工，能使加工效率和加工精度大大提高，且耐高温性能极佳。下面结合实施例对本发明的多晶立方氮化硼磨料生产方法做进一步说明。
实施例1
本实施例多晶立方氮化硼磨料生产方法是：首先分别取粒径在10微米以细的铝粉、镍粉和钴粉，并按铝粉60份、镍粉8份、钴粉2份的重量份配比混合均匀，制成金属结合剂。再分别取粒径在10微米以细的立方氮化硼微粉、氮碳化钛微粉和制备的金属结合剂，其中氮碳化钛分子式为TiCXN1-X，0≤X≤1。按立方氮化硼微粉75份、氮碳化钛微粉2份和制备的金属结合剂3份的重量份配比混合均匀，制成烧结混合料。然后，将制备的烧结混合料装入石墨加热模具中，将模具装入高压合成腔体内，在压力5.5GPa、温度1300℃条件下，烧结120秒，制成多晶立方氮化硼烧结块料。依次采用锤碎、锷式破碎机、对辊破碎机和球磨机将多晶立方氮化硼烧结块料破碎成粒径小于1毫米的多晶立方氮化硼颗粒；将多晶立方氮化硼颗粒与质量百分比浓度为20％的硫酸或盐酸或硝酸水溶液按照多晶立方氮化硼颗粒∶硫酸或盐酸或硝酸水溶液＝1∶2的重量配比混合后，在常温下浸泡16小时，去除多晶立方氮化硼颗粒表面的金属，滤去酸液，用清水反复冲洗至中性并烘干；再与质量百分比浓度为20％的氢氧化钠或氢氧化钾水溶液按多晶立方氮化硼颗粒∶氢氧化钠或氢氧化钾水溶液＝1∶2的重量配比混合后，在300～350℃温度下浸泡2小时，对颗粒表面进行净化，滤去碱液，用水将多晶立方氮化硼颗粒冲洗至PH值为中性，送入烘干机烘干后即制成本申请的多晶立方氮化硼磨料。最后，按国家标准将多晶立方氮化硼磨料筛分成18/20～325/400目各等级粒度的磨料，分袋包装，即可作为多晶立方氮化硼磨料成品出售。经检测，80/100粒度磨料颗粒的冲击韧性TI值为79.8。
实施例2
本实施例多晶立方氮化硼磨料生产方法与实施例1的方法基本相同，区别在于：金属结合剂各组分原料的重量份配比为：铝粉75份、镍粉14份、钴粉6份；成烧结混合料各组分原料的重量份配比为：立方氮化硼微粉85份、氮碳化钛微粉6份、金属结合剂9份；烧结压力为6GPa，烧结温度为1500℃，烧结时间为210秒；进行稀酸处理时硫酸或盐酸或硝酸水溶液的质量百分比浓度为25％，多晶立方氮化硼颗粒∶硫酸或盐酸或硝酸水溶液的重量配比为；多晶立方氮化硼颗粒∶硫酸或盐酸或硝酸水溶液＝1∶3，浸泡时间为12小时；进行碱处理时氢氧化钠或氢氧化钾水溶液的质量百分比浓度为25％，多晶立方氮化硼颗粒与氢氧化钠或氢氧化钾水溶液的混合重量配比为：多晶立方氮化硼颗粒∶氢氧化钠或氢氧化钾水溶液＝1∶3，处理温度为330℃温度，浸泡时间为1.5小时。经检测，80/100粒度磨料颗粒的冲击韧性TI值为81.3。
实施例3
本实施例多晶立方氮化硼磨料生产方法与实施例1的方法基本相同，区别在于：金属结合剂各组分原料的重量份配比为：铝粉90份、镍粉30份、钴粉10份；成烧结混合料各组分原料的重量份配比为：立方氮化硼微粉95份、氮碳化钛微粉10份、金属结合剂15份；烧结压力为6.5GPa，烧结温度为1800℃，烧结时间为300秒；进行稀酸处理时硫酸或盐酸或硝酸水溶液的质量百分比浓度为30％，多晶立方氮化硼颗粒∶硫酸或盐酸或硝酸水溶液的重量配比为；多晶立方氮化硼颗粒∶硫酸或盐酸或硝酸水溶液＝1∶4，浸泡时间为8小时；进行碱处理时氢氧化钠或氢氧化钾水溶液的质量百分比浓度为30％，多晶立方氮化硼颗粒与氢氧化钠或氢氧化钾水溶液的混合重量配比为：多晶立方氮化硼颗粒∶氢氧化钠或氢氧化钾水溶液＝1∶4，处理温度为350℃温度，浸泡时间为1小时。经检测，80/100粒度磨料颗粒的冲击韧性TI值为83。

Claims (1)

1.一种多晶立方氮化硼磨料生产方法，其特征在于：该方法是按以下步骤进行：
1）制备金属结合剂：分别取粒径在10微米以细的铝粉、镍粉和钴粉，并按铝粉60～90份、镍粉8～30份、钴粉2～10份的重量份配比混合均匀，制成金属结合剂备用；
2）制备烧结混合料：分别取粒径在10微米以细的立方氮化硼微粉、氮碳化钛微粉和制备的金属结合剂，按立方氮化硼微粉75～95份、氮碳化钛微粉2～10份和制备的金属结合剂3～15份的重量份配比混合均匀，制成烧结混合料备用；
3）烧结：将制备的烧结混合料装入石墨加热模具中，再将模具装入高压合成腔体内，在压力5.5～6.5GPa、温度1300～1800℃条件下，烧结120～300秒，制成多晶立方氮化硼烧结块料；
4）粉碎：将多晶立方氮化硼烧结块料破碎成粒径小于1毫米的多晶立方氮化硼颗粒备用；
5）稀酸处理：将制备的多晶立方氮化硼颗粒用质量百分比浓度为20～30%的硫酸或盐酸或硝酸水溶液按照多晶立方氮化硼颗粒︰硫酸或盐酸或硝酸水溶液＝1︰2～4的重量配比混合后，在常温下浸泡8～16小时，滤去酸液，用清水反复冲洗至中性，并烘干后备用；
6）碱处理：将经稀酸处理后的多晶立方氮化硼颗粒与质量百分比浓度为20～30%的氢氧化钠或氢氧化钾水溶液按多晶立方氮化硼颗粒︰氢氧化钠或氢氧化钾水溶液＝1︰2～4的重量配比混合后，在300～350℃温度下浸泡1～2小时，滤去碱液，并用水冲洗干净，烘干后即制成多晶立方氮化硼磨料。
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