CN102049538A - 一种立方氮化硼刀片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种立方氮化硼刀片及其制备方法，属于超硬切削工具领域。所述的立方氮化硼烧结刀片是以立方氮化硼、结合剂、耐磨抗破损剂和粘结剂为原料制备，其制备步骤如下：(1)将立方氮化硼进行级配合加热，之后添加结合剂、耐磨抗破损剂、粘结剂、致密剂；(2)将步骤(1)中的物质在氩气或氮气氛围下混配料后加热；(3)将步骤(2)得到的物料机压成型。本发明通过采用微纳米立方氮化硼以及与之搭配的微纳米结合剂、耐磨抗破损剂、粘结剂、致密剂为原料，在高温高压烧结过程中，粘结剂和致密剂使得聚晶烧结致密，结合剂和耐磨抗破损剂使刀片具有较高的硬度和耐磨性，生产出具有高耐磨度的整体聚晶立方氮化硼烧结体刀片。
Description
技术领域
本发明属于超硬切削工具领域，尤其涉及一种立方氮化硼刀片，还涉及立方氮化硼刀片的制备方法。
背景技术
目前，加工黑色金属的切削刀具主要为硬质合金刀具和陶瓷刀具。聚晶立方氮化硼具有多种优点：接近金刚石的高硬度、耐磨性和抗冲击韧性，高的热稳定性、化学稳定性，良好的导热性以及低摩擦系数，并且对黑色金属具有较好的化学惰性，因而目前广泛应用于各种高硬度材料(如工具钢、高速钢、轴承钢、粉末冶金刚、粉末冶炼金属、不锈钢、高强度钢、高锰钢、铸铁、钛合金等)的切削加工以及某些高速切削领域。为提高刀具的耐用度及加工效率，因此采用聚晶立方氮化硼刀具替代硬质合金刀具和陶瓷刀具是超硬切削工具发展的趋势。随着材料科学的进步，对刀具材料的硬度、耐磨性、韧性和强度的要求提出了更高的要求，理想的刀具材料应既具有极高的硬度、耐磨性，有利于提高切削效率，有利于延长刀具耐用度，同时又具有好的断裂韧性，使得其能够承受大的切削力。在精加工的高速切削中，尤其要求立方氮化硼刀具具有较高的耐磨性能，防止过早磨损导致刀具寿命下降，进而影响工件的加工精度。目前市场上的聚晶立方氮化硼刀具，耐磨度不够，无法完全满足切削加工要求。
发明内容
本发明的要解决的技术问题现有聚晶立方氮化硼刀具耐磨性差，提供一种耐磨性好的立方氮化硼刀片及其制备方法。
本发明所述的立方氮化硼烧结刀片是由以下重量份的原料制备：
立方氮化硼颗粒直径是0.005微米～30微米。
结合剂颗粒直径是0.005微米～20微米，结合剂是碳化钛或氮化钛或碳化硅或氮化硅或氮化铝或氧化铝。
耐磨抗破损剂颗粒直径是0.005微米～20微米，所述耐磨抗破损剂是钛钨碳合金或钛钨合金或钛铊合金。
粘结剂合金颗粒直径是0.005微米～30微米，所述粘结剂是铝或镍或锑或锡或镁或铜。
致密剂是稀土金属或者氧化物或者氮化物，所述致密剂颗粒直径是0.005微米～50微米。
所述稀土金属是铈或钕或钆或镥；所述氧化物是氧化铝或氮化铝或硼化铝或氧化钇或氧化镝；所述氮化物是氮化钇或氮化镝；
本发明所述立方氮化硼刀片的制备方法是按照下述步骤进行的：
(1)将立方氮化硼进行级配合后在300℃～1200℃进行真空加热1～8小时，之后添加结合剂、耐磨抗破损剂、粘结剂、致密剂；
(2)将步骤(1)中的物质放入球磨机中，在氩气或氮气氛围下混配料20～90分钟，之后在300℃～1200℃进行真空加热1～8小时；
(3)将步骤(2)得到的物料机压成型。
机压成型的压力为5GPa～9GPa、温度为1100℃～1800℃、压制时间为2～8分钟。
本发明通过采用微纳米立方氮化硼以及与之搭配的微纳米结合剂、耐磨抗破损剂、粘结剂、致密剂为原料，在高温高压烧结过程中，粘结剂和致密剂使得聚晶烧结致密，结合剂和耐磨抗破损剂使刀片具有较高的硬度和耐磨性，生产出具有高耐磨度的整体聚晶立方氮化硼烧结体刀片。所获得的刀片的knoop硬度(努氏硬度)可在37～39.8GPa之间。
具体实施方式
实施例1
本发明所述的立方氮化硼烧结刀片的制备方法是按照下述步骤进行的：
(1)将10份颗粒直径在0.005～30微米的立方氮化硼进行级配合后在300℃真空条件下加热8小时；之后添加80份颗粒直径是0.005微米的碳化钛作结合剂、添加1份颗粒直径是0.005微米的钛钨碳合金作耐磨抗破损剂、添加1份颗粒直径是0.01微米的铝作粘结剂、添加1份颗粒直径是0.01微米的铈作致密剂；
(2)将步骤(1)中的物质放入球磨机中，在氩气或氮气氛围下混配料20分钟，之后在300℃真空条件加热8小时；
(3)将步骤(2)得到的物料采用油压机在5GPa、1800℃温度下压制8分钟成型。
步骤(1)中所述的级配合是指将不同粒度的立方氮化硼粉末进行混合。立方氮化硼颗粒的尺寸大小对聚晶立方氮化硼的耐磨性和抗冲击性的影响很大。一般说来，立方氮化硼粒度越小，聚晶立方氮化硼耐磨性越好，抗压强度越高。颗粒尺寸越大，聚晶立方氮化硼抗冲击性能越强，而抗磨损能力越弱，用此制作的刀具的刃口锋利性就越差。本发明将颗粒直径在0.005微米～30微米的立方氮化硼颗粒混合后作为原料之一，降低了后续刀具加工过程中的烧结条件，同时所得聚晶立方氮化硼具有较好的耐磨性能。
本发明在立方氮化硼原料中添加结合剂碳化钛后使整体聚晶立方氮化硼刀片具有较高的硬度和耐磨性；添加耐磨抗磨破损剂钛钨碳合金后可增加整体刀片的耐磨性和抗磨损性；添加与结合剂亲和性较好的粘合剂铝后可以促进烧结；添加致密剂铈后，铈能渗入到立方氮化硼晶粒和结合剂碳化钛之间，促使聚晶烧结致密，提高整体刀片的强度。经过多维高能球磨机混制工艺后使混料均匀，提高了立方氮化硼聚晶的致密性，使刀具材料的刃口锋利。所获得的刀片的knoop硬度(努氏硬度)在37～39.8GPa之间。
实施例2
本发明所述的立方氮化硼烧结刀片的制备方法是按照下述步骤进行的：
(1)将20份颗粒直径在0.005～30微米的立方氮化硼进行级配合后在500℃真空条件下加热7小时；之后添加70份颗粒直径是0.05微米的氮化钛作结合剂、添加3份颗粒直径是0.05微米的钛钨碳合金作耐磨抗破损剂、添加3份颗粒直径是0.05微米的镍作粘结剂、添加3份颗粒直径是0.05微米的钕作致密剂；
(2)将步骤(1)中的物质放入球磨机中，在氩气或氮气氛围下混配料30分钟，之后在500℃真空条件加热7小时；
(3)将步骤(2)得到的物料采用油压机在6GPa、1600℃温度下压制7分钟成型。
其他同实施例1。
实施例3
本发明所述的立方氮化硼烧结刀片的制备方法是按照下述步骤进行的：
(1)将30份颗粒直径在0.005～30微米的立方氮化硼进行级配合后在600℃真空条件下加热6小时；之后添加60份颗粒直径是0.5微米的碳化硅作结合剂、添加5份颗粒直径是0.5微米的钛铊合金作耐磨抗破损剂、添加5份颗粒直径是0.5微米的锑作粘结剂、添加5份颗粒直径是0.5微米的镥作致密剂；
(2)将步骤(1)中的物质放入球磨机中，在氩气或氮气氛围下混配料40分钟，之后在600℃真空条件加热6小时；
(3)将步骤(2)得到的物料采用油压机在7GPa、1400℃温度下压制6分钟成型。
其他同实施例1。
实施例4
本发明所述的立方氮化硼烧结刀片的制备方法是按照下述步骤进行的：
(1)将40份颗粒直径在0.005～30微米的立方氮化硼进行级配合后在700℃真空条件下加热5小时；之后添加50份颗粒直径是5微米的氮化硅作结合剂、添加7份颗粒直径是5微米的钛钨碳合金作耐磨抗破损剂、添加7份颗粒直径是5微米的锡作粘结剂、添加7份颗粒直径是5微米的钆作致密剂；
(2)将步骤(1)中的物质放入球磨机中，在氩气或氮气氛围下混配料50分钟，之后在700℃真空条件加热5小时；
(3)将步骤(2)得到的物料采用油压机在8GPa、1200℃温度下压制4分钟成型。
其他同实施例1。
实施例5
本发明所述的立方氮化硼烧结刀片的制备方法是按照下述步骤进行的：
(1)将50份颗粒直径在0.005～30微米的立方氮化硼进行级配合后在800℃真空条件下加热4小时；之后添加40份颗粒直径是10微米的氮化铝作结合剂、添加9份颗粒直径是10微米的钛钨合金作耐磨抗破损剂、添加9份颗粒直径是10微米的镁作粘结剂、添加9份颗粒直径是15微米的氧化铝作致密剂；
(2)将步骤(1)中的物质放入球磨机中，在氩气或氮气氛围下混配料60分钟，之后在800℃真空条件加热4小时；
(3)将步骤(2)得到的物料采用油压机在9GPa、1100℃温度下压制2分钟成型。
其他同实施例1。
实施例6
本发明所述的立方氮化硼烧结刀片的制备方法是按照下述步骤进行的：
(1)将60份颗粒直径在0.005～30微米的立方氮化硼进行级配合后在900℃真空条件下加热3小时；之后添加30份颗粒直径是15微米的氧化铝作结合剂、添加11份颗粒直径是15微米的钛铊合金作耐磨抗破损剂、添加11份颗粒直径是15微米的铜作粘结剂、添加11份颗粒直径是25微米的氮化铝作致密剂；
(2)将步骤(1)中的物质放入球磨机中，在氩气或氮气氛围下混配料70分钟，之后在900℃真空条件加热3小时；
(3)将步骤(2)得到的物料采用油压机在5GPa、1700℃温度下压制8分钟成型。
其他同实施例1。
实施例7
本发明所述的立方氮化硼烧结刀片的制备方法是按照下述步骤进行的：
(1)将70份颗粒直径在0.005～30微米的立方氮化硼进行级配合后在1100℃真空条件下加热2小时；之后添加20份颗粒直径是20微米的碳化钛作结合剂、添加13份颗粒直径是20微米的钛钨碳合金作耐磨抗破损剂、添加13份颗粒直径是20微米的铝作粘结剂、添加13份颗粒直径是35微米的硼化铝作致密剂；
(2)将步骤(1)中的物质放入球磨机中，在氩气或氮气氛围下混配料80分钟，之后在1100℃真空条件加热2小时；
(3)将步骤(2)得到的物料采用油压机在6GPa、1500℃温度下压制5分钟成型。
其他同实施例1。
实施例8
本发明所述的立方氮化硼烧结刀片的制备方法是按照下述步骤进行的：
(1)将80份颗粒直径在0.005～30微米的立方氮化硼进行级配合后在1200℃真空条件下加热1小时；之后添加10份颗粒直径是1微米的氮化钛作结合剂、添加15份颗粒直径是1微米的钛钨合金作耐磨抗破损剂、添加15份颗粒直径是25微米的镍作粘结剂、添加15份颗粒直径是45微米的氧化钇作致密剂；
(2)将步骤(1)中的物质放入球磨机中，在氩气或氮气氛围下混配料90分钟，之后在1200℃真空条件加热1小时；
(3)将步骤(2)得到的物料采用油压机在7GPa、1300℃温度下压制3分钟成型。
其他同实施例1。
实施例9
本发明所述的立方氮化硼烧结刀片的制备方法是按照下述步骤进行的：
(1)将95份颗粒直径在0.005～30微米的立方氮化硼进行级配合后在400℃真空条件下加热5小时；之后添加5份颗粒直径是0.1微米的碳化硅作结合剂、添加5份颗粒直径是0.1微米的钛铊合金作耐磨抗破损剂、添加15份颗粒直径是30微米的锑作粘结剂、添加15份颗粒直径是50微米的氧化镝作致密剂；
(2)将步骤(1)中的物质放入球磨机中，在氩气或氮气氛围下混配料50分钟，之后在1000℃真空条件加热2小时；
(3)将步骤(2)得到的物料采用油压机在8GPa、1200℃温度下压制4分钟成型。
其他同实施例1。
实施例10
本发明所述的立方氮化硼烧结刀片的制备方法是按照下述步骤进行的：
(1)将15份颗粒直径在0.005～30微米的立方氮化硼进行级配合后在1000℃真空条件下加热2小时；之后添加22份颗粒直径是0.01微米的氮化硅作结合剂、添加4份颗粒直径是0.01微米的钛钨碳合金作耐磨抗破损剂、添加6份颗粒直径是1微米的锡作粘结剂、添加8份颗粒直径是1微米的氧化铝作致密剂；
(2)将步骤(1)中的物质放入球磨机中，在氩气或氮气氛围下混配料60分钟，之后在900℃真空条件加热5小时；
(3)将步骤(2)得到的物料采用油压机在9GPa、1700℃温度下压制4分钟成型。
其他同实施例1。
实施例11
本发明所述的立方氮化硼烧结刀片的制备方法是按照下述步骤进行的：
(1)将15份颗粒直径在0.005～30微米的立方氮化硼进行级配合后在750℃真空条件下加热4小时；之后添加38份颗粒直径是7微米的氮化铝作结合剂、添加6份颗粒直径是19微米的钛钨合金作耐磨抗破损剂、添加8份颗粒直径是0.1微米的镁作粘结剂、添加10份颗粒直径是44微米的氮化铝作致密剂；
(2)将步骤(1)中的物质放入球磨机中，在氩气或氮气氛围下混配料40分钟，之后在800℃真空条件加热6小时；
(3)将步骤(2)得到的物料采用油压机在5GPa、1800℃温度下压制8分钟成型。
其他同实施例1。
实施例12
本发明所述的立方氮化硼烧结刀片的制备方法是按照下述步骤进行的：
(1)将45份颗粒直径在0.005～30微米的立方氮化硼进行级配合后在550℃真空条件下加热6小时；之后添加55份颗粒直径是11微米的氧化铝作结合剂、添加8份颗粒直径是14微米的钛铊合金作耐磨抗破损剂、添加4份颗粒直径是23微米的铜作粘结剂、添加6份颗粒直径是39微米的铈作致密剂；
(2)将步骤(1)中的物质放入球磨机中，在氩气或氮气氛围下混配料30分钟，之后在1000℃真空条件加热4小时；
(3)将步骤(2)得到的物料采用油压机在6GPa、1600℃温度下压制5分钟成型。
其他同实施例1。
实施例13
本发明所述的立方氮化硼烧结刀片的制备方法是按照下述步骤进行的：
(1)将55份颗粒直径在0.005～30微米的立方氮化硼进行级配合后在450℃真空条件下加热5小时；之后添加15份颗粒直径是16微米的碳化钛作结合剂、添加10份颗粒直径是9微米的钛钨碳合金作耐磨抗破损剂、添加2份颗粒直径是7微米的铝作粘结剂、添加4份颗粒直径是31微米的钕作致密剂；
(2)将步骤(1)中的物质放入球磨机中，在氩气或氮气氛围下混配料80分钟，之后在700℃真空条件加热7小时；
(3)将步骤(2)得到的物料采用油压机在7GPa、1400℃温度下压制3分钟成型。
其他同实施例1。
实施例14
本发明所述的立方氮化硼烧结刀片的制备方法是按照下述步骤进行的：
(1)将65份颗粒直径在0.005～30微米的立方氮化硼进行级配合后在550℃真空条件下加热3小时；之后添加27份颗粒直径是19微米的氮化钛作结合剂、添加5份颗粒直径是4微米的钛钨合金作耐磨抗破损剂、添加3份颗粒直径是19微米的镍作粘结剂、添加6份颗粒直径是24微米的氧化镝作致密剂；
(2)将步骤(1)中的物质放入球磨机中，在氩气或氮气氛围下混配料20分钟，之后在1100℃真空条件加热3小时；
(3)将步骤(2)得到的物料采用油压机在8GPa、1200℃温度下压制4分钟成型。
其他同实施例1。
实施例15
本发明所述的立方氮化硼烧结刀片是由以下重量份的原料制备：
立方氮化硼颗粒直径是5纳米～30微米。
结合剂颗粒直径是5纳米～20微米，结合剂是碳化钛或氮化钛或碳化硅或氮化硅或氮化铝或氧化铝。
耐磨抗破损剂颗粒直径是5纳米～20微米，所述耐磨抗破损剂是钛钨碳合金或钛钨合金或钛铊合金。
粘结剂合金颗粒直径是5纳米～30微米，所述粘结剂是铝或镍或锑或锡或镁或铜。
致密剂是稀土金属或者氧化物或者氮化物，所述致密剂颗粒直径是5纳米～50微米。
所述稀土金属是铈或钕或钆或镥；所述氧化物是氧化铝或氮化铝或硼化铝或氧化钇或氧化镝；所述氮化物是氮化钇或氮化镝；
本发明所述立方氮化硼刀片的制备方法是按照下述步骤进行的：
(1)将立方氮化硼进行级配合后在300℃～1200℃进行真空加热1～8小时，之后添加结合剂、耐磨抗破损剂、粘结剂、致密剂；
(2)将步骤(1)中的物质放入球磨机中，在氩气或氮气氛围下混配料20～90分钟，之后在300℃～1200℃进行真空加热1～8小时；
(3)将步骤(2)得到的物料机压成型。
机压成型的压力为5GPa～9GPa、温度为1100℃～1800℃、压制时间为2～8分钟。
其他同实施例1。
Claims (9)
1.一种立方氮化硼刀片，其特征在于是由以下重量份的原料制备：
2.根据权利要求1所述的立方氮化硼刀片，其特征在于：立方氮化硼颗粒直径是0.005微米～30微米。
3.根据权利要求1所述的立方氮化硼刀片，其特征在于：结合剂颗粒直径是0.005微米～20微米，结合剂是碳化钛或氮化钛或碳化硅或氮化硅或氮化铝或氧化铝。
4.根据权利要求1所述的立方氮化硼刀片，其特征在于：耐磨抗破损剂颗粒直径是0.005微米～20微米，所述耐磨抗破损剂是钛钨碳合金或钛钨合金或钛铊合金。
5.根据权利要求1所述的立方氮化硼刀片，其特征在于：粘结剂颗粒直径是0.005微米～30微米，所述粘结合金是铝或镍或锑或锡或镁或铜。
6.根据权利要求1所述的立方氮化硼刀片，其特征在于：致密剂是稀土金属或者氧化物或者氮化物，所述致密剂颗粒直径是0.005微米～50微米。
7.根据权利要求6所述的立方氮化硼刀片，其特征在于：所述稀土金属是铈或钕或钆或镥；所述氧化物是氧化铝或氮化铝或硼化铝或氧化钇或氧化镝；所述氮化物是氮化钇或氮化镝；
8.根据权利要求1～7之一所述的立方氮化硼刀片制备方法，其特征在于是按照下述步骤进行的：
(1)将立方氮化硼进行级配合后在300℃～1200℃进行真空加热1～8小时，之后添加结合剂、耐磨抗破损剂、粘结合金、致密剂；
(2)将步骤(1)中的物质放入球磨机中，在氩气或氮气氛围下混配料20～90分钟，之后在300℃～1200℃进行真空加热1～8小时；
(3)将步骤(2)得到的物料机压成型。
9.根据权利要求8所述的立方氮化硼刀片制备方法，其特征在于：机压成型的压力为5GPa～9GPa、温度为1100℃～1800℃、压制时间为2～8分钟。
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