CN103158287B - 聚晶立方氮化硼复合片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种聚晶立方氮化硼复合片及其制备方法。所述聚晶立方氮化硼复合片包括硬质合金基体和聚晶立方氮化硼层，聚晶立方氮化硼层是由下述重量份原料制备的：70~85份的立方氮化硼微粉、10~15份的金属结合剂、5~10份的陶瓷添加剂。所述方法是按照下述步骤进行的：A、混合均匀；B、将混合料和硬质合金基体装入有盐管屏蔽层隔离的钼杯中，加热、合成。与现有技术相比，本发明具有下述有益效果：延长了复合片的使用寿命、不存在脱焊现象、切削效率好。
Description
技术领域
本发明涉及一种超硬材料复合刀片，具体涉及一种双面聚晶立方氮化硼复合片。
背景技术
聚晶立方氮化硼复合片是由立方氮化硼和硬质合金基体作为衬底，在高温高压的条件下烧结而成的，其硬度和冲击韧性较好。然而聚晶立方氮化硼复合片在使用过程中因冷热交替会导致聚晶立方氮化硼和硬质合金基体之间产生裂纹，缩短了聚晶立方氮化硼复合片的使用寿命。
另外，单层的聚晶立方氮化硼复合片在机械加工过程中易发生断层现象，同时在切削过程中，其切削刃和切削长度不大，因此，其切削效率相对较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有聚晶立方氮化硼复合片使用寿命短、切屑效率低，提供一种使用寿命长、切屑效率高的聚晶立方氮化硼复合片，还提供了该刀片的制备方法。
本发明的技术方案是以下述方式实现的：一种聚晶立方氮化硼复合片，包括硬质合金基体和聚晶立方氮化硼层，其特征在于聚晶立方氮化硼层是由下述重量份原料制备的：70~85份的立方氮化硼微粉、10~15份的金属结合剂、5~10份的陶瓷添加剂。
所述金属结合剂是由下述质量分数的原料组成的：40~50%的钴，20~30%的镍、20~40%的铝。
所述陶瓷添加剂是由下述质量分数的原料组成的：30~45%的Ti（C，N），15~20%的Al2O3，25~30%的AlB，15~20%的SiC。
所述硬质合金基体中Co的质量含量是9~15%。
所述立方氮化硼微粉的粒度为20~30 um，金属结合剂的粒度小于等于10um，陶瓷添加剂的粒度小于等于10um。
所述基体一面或者两面设有聚晶立方氮化硼层，
一种聚晶立方氮化硼复合片的制备方法,是按照下述步骤进行的：
A、将立方氮化硼微粉、金属结合剂和陶瓷添加剂混合均匀；
B、将混合料和硬质合金基体装入有盐管屏蔽层隔离的钼杯中，将装好的盐管放入石墨模具，将石墨模具装入叶蜡石块中，将叶腊石块放入立方氮化硼六面顶压机中进行压制烧结，烧结过程如下，先升压至5.0~8.5GPa，之后升温至1300~1800℃，加热1~2min之后开始冷却，合成6min~15min。
所述盐管中放有两个钼杯，每个钼杯内放有一个硬质合金基体。
所述硬质合金基体一面或者两面设有混合料。
与现有技术相比，本发明具有下述有益效果：
1. 采用高温高压烧结技术，且立方氮化硼微粉、金属结合剂和陶瓷添加剂采用了合适的配比和粒度，所得到的复合片中不至于在使用过程中因冷热交替导致聚晶立方氮化硼和硬质合金基体结合面产生裂纹，延长了复合片的使用寿命。
2. 复合层厚度达1～2㎜，从而可以适应加工条件的更加恶劣化，切削深度进一步增加，抗冲击性能更好，切削刃更多，更耐高温，不存在脱焊现象。
3. 硬质合金基体可以两面都设置聚晶立方氮化硼，能够弥补了整体烧结聚晶立方氮化硼刀片不能中心开孔的缺陷，采用双面聚晶立方氮化硼复合片，能够制造各类切削刀片，而且也不再象焊接聚晶立方氮化硼刀片那样，切削参数受到严格限制，切削效率之好也是前所未有。
4. 本发明更加适合于切削灰铸铁、耐磨铸铁、冷硬铸铁、耐热合金、淬硬钢的半精加工和精加工。
附图说明
图1是本发明加工状态示意图。
具体实施方式
实施例1：一种聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，其特征在于是按照下述步骤进行的：
A、将立方氮化硼微粉70g、金属结合剂10g和陶瓷添加剂10g混合均匀，所述立方氮化硼微粉的粒度为20~30 um，金属结合剂的粒度小于等于10um，陶瓷添加剂的粒度小于等于10um；
B、将混合料4和硬质合金基体2装入有盐管3屏蔽层隔离的钼杯1中，其中，硬质合金基体2两面均放有混合料，将装好的盐管3放入石墨模具，将石墨模具装入叶蜡石块5中，将叶腊石块放入立方氮化硼六面顶压机中进行压制烧结，烧结过程如下，先升压至5.0~8.5GPa，之后升温至1300~1800℃，加热1~2min之后开始冷却，合成6min~15min。所述的合成时间包括加热时间和冷却时间。
本实施例中，为了增加制作效率，可在盐管中放置两个钼杯。也可以根据实际加工需要在盐管内放置1个或者多个钼杯。
本实施例中，也可以只在所述硬质合金基体一面设置混合料。
本实施例中，10g的金属结合剂中包含4g的钴，4g的镍和2g的铝。10g的陶瓷添加剂中包含3g的Ti（C，N），2g的Al2O3，3g的AlB，2g的SiC。
本实施例中，所述硬质合金基体中Co的质量含量是9~15%，这样可以保证硬质合金基体的热膨胀系数接近聚晶立方氮化硼，进一步放置冷热交替的时候，聚晶立方氮化硼和硬质合金基体之间的接触面之间产生裂纹。
实施例2：一种聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，是按照下述步骤进行的：
A、将立方氮化硼微粉75g、金属结合剂14g和陶瓷添加剂9g混合均匀，所述立方氮化硼微粉的粒度为20~30 um，金属结合剂的粒度小于等于10um，陶瓷添加剂的粒度小于等于10um；
B、将混合料和硬质合金基体装入有盐管屏蔽层隔离的钼杯中，其中，硬质合金基体两面均放有混合料，将装好的盐管放入石墨模具，将石墨模具装入叶蜡石块中，将叶腊石块放入立方氮化硼六面顶压机中进行压制烧结，烧结过程如下，先升压至5.0~8.5GPa，之后升温至1300~1800℃，加热1~2min之后开始冷却，合成6min~15min。所述的合成时间包括加热时间和冷却时间。
本实施例中，为了增加制作效率，可在盐管中放置两个钼杯。也可以根据实际加工需要在盐管内放置1个或者多个钼杯。
本实施例中，也可以只在所述硬质合金基体一面设置混合料。
本实施例中，14g的金属结合剂中包含6g的钴，3.5g的镍和4.5g的铝。9g的陶瓷添加剂中包含3g的Ti（C，N），1.5g的Al2O3，2.7g的AlB，1.8g的SiC。
本实施例中，所述硬质合金基体中Co的质量含量是9~15%，这样可以保证硬质合金基体的热膨胀系数接近聚晶立方氮化硼，进一步放置冷热交替的时候，聚晶立方氮化硼和硬质合金基体之间的接触面之间产生裂纹。
实施例3：一种聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，是按照下述步骤进行的：
A、将立方氮化硼微粉80g、金属结合剂15g和陶瓷添加剂8g混合均匀，所述立方氮化硼微粉的粒度为20~30 um，金属结合剂的粒度小于等于10um，陶瓷添加剂的粒度小于等于10um；
B、将混合料和硬质合金基体装入有盐管屏蔽层隔离的钼杯中，其中，硬质合金基体两面均放有混合料，将装好的盐管放入石墨模具，将石墨模具装入叶蜡石块中，将叶腊石块放入立方氮化硼六面顶压机中进行压制烧结，烧结过程如下，先升压至5.0~8.5GPa，之后升温至1300~1800℃，加热1~2min之后开始冷却，合成6min~15min。所述的合成时间包括加热时间和冷却时间。
本实施例中，为了增加制作效率，可在盐管中放置两个钼杯。也可以根据实际加工需要在盐管内放置1个或者多个钼杯。
本实施例中，也可以只在所述硬质合金基体一面设置混合料。
本实施例中，15g的金属结合剂中包含7g的钴，4g的镍和4g的铝。8g的陶瓷添加剂中包含3g的Ti（C，N），1.5g的Al2O3，2g的AlB，1.5g的SiC。
本实施例中，所述硬质合金基体中Co的质量含量是9~15%，这样可以保证硬质合金基体的热膨胀系数接近聚晶立方氮化硼，进一步放置冷热交替的时候，聚晶立方氮化硼和硬质合金基体之间的接触面之间产生裂纹。
实施例4：一种聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，是按照下述步骤进行的：
A、将立方氮化硼微粉85g、金属结合剂12g和陶瓷添加剂6g混合均匀，所述立方氮化硼微粉的粒度为20~30 um，金属结合剂的粒度小于等于10um，陶瓷添加剂的粒度小于等于10um；
B、将混合料和硬质合金基体装入有盐管屏蔽层隔离的钼杯中，其中，硬质合金基体两面均放有混合料，将装好的盐管放入石墨模具，将石墨模具装入叶蜡石块中，将叶腊石块放入立方氮化硼六面顶压机中进行压制烧结，烧结过程如下，先升压至5.0~8.5GPa，之后升温至1300~1800℃，加热1~2min之后开始冷却，合成6min~15min。所述的合成时间包括加热时间和冷却时间。
本实施例中，为了增加制作效率，可在盐管中放置两个钼杯。也可以根据实际加工需要在盐管内放置1个或者多个钼杯。
本实施例中，也可以只在所述硬质合金基体一面设置混合料。
本实施例中，12g的金属结合剂中包含5g的钴，3g的镍和4g的铝。6g的陶瓷添加剂中包含1.8g的Ti（C，N），1g的Al2O3，1.5g的AlB，1.7g的SiC。
本实施例中，所述硬质合金基体中Co的质量含量是9~15%，这样可以保证硬质合金基体的热膨胀系数接近聚晶立方氮化硼，进一步放置冷热交替的时候，聚晶立方氮化硼和硬质合金基体之间的接触面之间产生裂纹。
实施例5：一种聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，是按照下述步骤进行的：
A、将立方氮化硼微粉70g、金属结合剂10g和陶瓷添加剂5g混合均匀，所述立方氮化硼微粉的粒度为20~30 um，金属结合剂的粒度小于等于10um，陶瓷添加剂的粒度小于等于10um；
B、将混合料和硬质合金基体装入有盐管屏蔽层隔离的钼杯中，其中，硬质合金基体两面均放有混合料，将装好的盐管放入石墨模具，将石墨模具装入叶蜡石块中，将叶腊石块放入立方氮化硼六面顶压机中进行压制烧结，烧结过程如下，先升压至5.0~8.5GPa，之后升温至1300~1800℃，加热1~2min之后开始冷却，合成6min~15min。所述的合成时间包括加热时间和冷却时间。
本实施例中，为了增加制作效率，可在盐管中放置两个钼杯。也可以根据实际加工需要在盐管内放置1个或者多个钼杯。
本实施例中，也可以只在所述硬质合金基体一面设置混合料。
本实施例中，10g的金属结合剂中包含4.2g的钴，2.4g的镍和3.4g的铝。5g的陶瓷添加剂中包含1.5g的Ti（C，N），1g的Al2O3，1.5g的AlB，1g的SiC。
本实施例中，所述硬质合金基体中Co的质量含量是9~15%，这样可以保证硬质合金基体的热膨胀系数接近聚晶立方氮化硼，进一步放置冷热交替的时候，聚晶立方氮化硼和硬质合金基体之间的接触面之间产生裂纹。
实施例6：一种聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，是按照下述步骤进行的：
A、将立方氮化硼微粉75g、金属结合剂13g和陶瓷添加剂7g混合均匀，所述立方氮化硼微粉的粒度为20~30 um，金属结合剂的粒度小于等于10um，陶瓷添加剂的粒度小于等于10um；
B、将混合料和硬质合金基体装入有盐管屏蔽层隔离的钼杯中，其中，硬质合金基体两面均放有混合料，将装好的盐管放入石墨模具，将石墨模具装入叶蜡石块中，将叶腊石块放入立方氮化硼六面顶压机中进行压制烧结，烧结过程如下，先升压至5.0~8.5GPa，之后升温至1300~1800℃，加热1~2min之后开始冷却，合成6min~15min。所述的合成时间包括加热时间和冷却时间。
本实施例中，为了增加制作效率，可在盐管中放置两个钼杯。也可以根据实际加工需要在盐管内放置1个或者多个钼杯。
本实施例中，也可以只在所述硬质合金基体一面设置混合料。
本实施例中，13g的金属结合剂中包含6g的钴，3g的镍和4g的铝。7g的陶瓷添加剂中包含2.5g的Ti（C，N），1.2g的Al2O3，1.9g的AlB，1.4g的SiC。
本实施例中，所述硬质合金基体中Co的质量含量是9~15%，这样可以保证硬质合金基体的热膨胀系数接近聚晶立方氮化硼，进一步放置冷热交替的时候，聚晶立方氮化硼和硬质合金基体之间的接触面之间产生裂纹。
实施例7：一种聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，是按照下述步骤进行的：
A、将立方氮化硼微粉80g、金属结合剂10g和陶瓷添加剂8g混合均匀，所述立方氮化硼微粉的粒度为20~30 um，金属结合剂的粒度小于等于10um，陶瓷添加剂的粒度小于等于10um；
B、将混合料和硬质合金基体装入有盐管屏蔽层隔离的钼杯中，其中，硬质合金基体两面均放有混合料，将装好的盐管放入石墨模具，将石墨模具装入叶蜡石块中，将叶腊石块放入立方氮化硼六面顶压机中进行压制烧结，烧结过程如下，先升压至5.0~8.5GPa，之后升温至1300~1800℃，加热1~2min之后开始冷却，合成6min~15min。所述的合成时间包括加热时间和冷却时间。
本实施例中，为了增加制作效率，可在盐管中放置两个钼杯。也可以根据实际加工需要在盐管内放置1个或者多个钼杯。
本实施例中，也可以只在所述硬质合金基体一面设置混合料。
本实施例中，12g的金属结合剂中包含5g的钴，3.6g的镍和3.4g的铝。8g的陶瓷添加剂中包含2.7g的Ti（C，N），1.5g的Al2O3，2.4g的AlB，1.4g的SiC。
本实施例中，所述硬质合金基体中Co的质量含量是9~15%，这样可以保证硬质合金基体的热膨胀系数接近聚晶立方氮化硼，进一步放置冷热交替的时候，聚晶立方氮化硼和硬质合金基体之间的接触面之间产生裂纹。
实施例8：一种聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，是按照下述步骤进行的：
A、将立方氮化硼微粉82g、金属结合剂14g和陶瓷添加剂9g混合均匀，所述立方氮化硼微粉的粒度为20~30 um，金属结合剂的粒度小于等于10um，陶瓷添加剂的粒度小于等于10um；
B、将混合料和硬质合金基体装入有盐管屏蔽层隔离的钼杯中，其中，硬质合金基体两面均放有混合料，将装好的盐管放入石墨模具，将石墨模具装入叶蜡石块中，将叶腊石块放入立方氮化硼六面顶压机中进行压制烧结，烧结过程如下，先升压至5.0~8.5GPa，之后升温至1300~1800℃，加热1~2min之后开始冷却，合成6min~15min。所述的合成时间包括加热时间和冷却时间。
本实施例中，为了增加制作效率，可在盐管中放置两个钼杯。也可以根据实际加工需要在盐管内放置1个或者多个钼杯。
本实施例中，也可以只在所述硬质合金基体一面设置混合料。
本实施例中，14g的金属结合剂中包含6g的钴，4g的镍和4g的铝。9g的陶瓷添加剂中包含3.2g的Ti（C，N），1.5g的Al2O3，2.5g的AlB，1.8g的SiC。
本实施例中，所述硬质合金基体中Co的质量含量是9~15%，这样可以保证硬质合金基体的热膨胀系数接近聚晶立方氮化硼，进一步放置冷热交替的时候，聚晶立方氮化硼和硬质合金基体之间的接触面之间产生裂纹。
Claims (6)
1.一种聚晶立方氮化硼复合片，包括硬质合金基体和聚晶立方氮化硼层，其特征在于聚晶立方氮化硼层是由下述重量份原料制备的：70~85份的立方氮化硼微粉、10~15份的金属结合剂、5~10份的陶瓷添加剂。所述金属结合剂是由下述质量分数的原料组成的：40~50%的钴，20~30%的镍、20~40%的铝；所述陶瓷添加剂是由下述质量分数的原料组成的：30~45%的Ti（C，N），15~20%的Al2O3，25~30%的AlB，15~20%的SiC；所述立方氮化硼微粉的粒度为20~30 um，金属结合剂的粒度小于等于10um，陶瓷添加剂的粒度小于等于10um。
2.根据权利要求1所述的聚晶立方氮化硼复合片，其特征在于所述硬质合金基体中Co的质量含量是9~15%。
3.根据权利要求1~ 2之一所述的聚晶立方氮化硼复合片，其特征在于：所述基体一面或者两面设有聚晶立方氮化硼层。
4.根据权利要求1所述的一种聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，其特征在于是按照下述步骤进行的：
A、将立方氮化硼微粉、金属结合剂和陶瓷添加剂混合均匀；
B、将混合料和硬质合金基体装入有盐管屏蔽层隔离的钼杯中，将装好的盐管放入石墨模具，将石墨模具装入叶蜡石块中，将叶腊石块放入立方氮化硼六面顶压机中进行压制烧结，烧结过程如下，先升压至5.0~8.5GPa，之后升温至1300~1800℃，加热1~2min之后开始冷却，合成6min~15min。
5.根据权利要求4所述的聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，其特征在于：所述盐管中放有两个钼杯，每个钼杯内放有一个硬质合金基体。
6.根据权利要求4或5所述的聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，其特征在于：所述硬质合金基体一面或者两面设有混合料。
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