CN104525935B - 一种高韧性立方氮化硼烧结材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高韧性立方氮化硼烧结材料，其原料和组成如下：CBN70‑90%wt，粒度1‑10um；Al‑Ti合金粉3‑12%，粒度0.5‑3um；TiCN粉末5‑15%wt,粒度1‑5um；SIALON粉末3‑5%wt，粒度0.1‑1um；Fe‑Cr‑Mo‑C‑Nb合金粉0.5‑3%wt，粒度0.5‑1um。制备方法如下：步骤一，将Fe、Cr、Mo、C、Nb金属按要求比例混合，熔炼，由球团机制成圆球或圆棒；步骤二，将圆球或圆棒放到球磨罐中做球磨介质，再把CBN、Al‑Ti合金粉、TiCN粉末、SIALON粉末放入球磨罐混合。步骤三：将混合好的粉末装入石墨模具中，置于六面顶压机中烧结形成高韧性立方氮化硼材料。本发明既保证了粉末掺入均匀，又可以得到粒度很细的而又不氧化的合金粉。

Description

一种高韧性立方氮化硼烧结材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料领域，特别涉及一种高韧性立方氮化硼烧结材料及其制备方法。
背景技术
立方结构的氮化硼，分子式为CBN其晶体结构类似金刚石，硬度略低于金刚石，常用作磨料和刀具材料。立方氮化硼是由六方氮化硼和触媒在高温高压下合成的，它具有很高的硬度、热稳定性和化学惰性，以及良好的透红外形和较宽的禁带宽度等优异性能，它的硬度仅次于金钢石，但热稳定性远高于金钢石，对铁系金属元素有较大的化学稳定性。但是目前立方氮化硼材料普遍反映韧性较差，不适合强断续切削场合使用。这一点大大限制了立方氮化硼刀片的应用范围。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中立方氮化硼的缺点，提供一种高韧性立方氮化硼烧结材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高韧性立方氮化硼烧结材料，其特征在于，其原料和组成如下：CBN70-90%wt，粒度1-10um；Al-Ti合金粉3-12%，粒度0.5-3um；TiCN粉末5-15%wt,粒度1-5um；SIALON粉末3-5%wt，粒度0.1-1um；Fe-Cr-Mo-C-Nb合金粉0.5-3%wt，粒度0.5-1um。
一种高韧性立方氮化硼烧结材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，将Fe、Cr、Mo、C、Nb金属按要求比例混合，在氮气保护气氛下，温度为1500-2000℃熔炼1-2小时，最后由球团机制成圆球或圆棒；
步骤二，将步骤一制备的圆球或圆棒放到球磨罐中做球磨介质，再把CBN、Al-Ti合金粉、TiCN粉末、SIALON粉末放入球磨罐，在氮气保护气氛下混合。
步骤三：将混合好的粉末装入石墨模具中，置于六面顶压机中，在1200-1600℃，压力3-7gpa条件下烧结5--12min，形成高韧性立方氮化硼材料。
所述Al-Ti合金粉中Al、Ti的质量比为2:1。
所述Fe-Cr-Mo-C-Nb合金粉中Fe、Cr、Mo、C、Nb的质量比为10:5:2:0.5:1。
所述圆球或圆棒的粒度为5-20mm。
本发明首先将Fe、Cr、Mo、C、Nb金属按要求比例混合，在保护气氛下熔炼，最后制成大小不等（ 5- 20mm）的圆球或圆棒，最后放到球磨罐中做球磨介质，再把其余粉料放入球磨罐，在保护气氛下（N2气）高速混合过程中Fe-Cr-Mo-C-Nb合金材质的圆球或圆棒磨损而进入混合粉末中，通过称量控制掺入量。这种混合方法，既保证了粉末掺入均匀，又可以得到粒度很细的而又不氧化的合金粉。
具体实施方式
实施例1
一种高韧性立方氮化硼烧结材料，其特征在于，其原料和组成如下：CBN70-90%wt，粒度1-10um；Al-Ti合金粉3-12%，粒度0.5-3um；TiCN粉末5-15%wt,粒度1-5um；SIALON粉末3-5%wt，粒度0.1-1um；Fe-Cr-Mo-C-Nb合金粉0.5-3%wt，粒度0.5-1um。
一种高韧性立方氮化硼烧结材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，将Fe、Cr、Mo、C、Nb金属按要求比例混合，在氮气保护气氛下，温度为1500-2000℃熔炼1-2小时，最后由球团机制成圆球或圆棒；
步骤二，将步骤一制备的圆球或圆棒放到球磨罐中做球磨介质，再把CBN、Al-Ti合金粉、TiCN粉末、SIALON粉末放入球磨罐，在氮气保护气氛下混合。
步骤三：将混合好的粉末装入石墨模具中，置于六面顶压机中，在1200-1600℃，压力3-7gpa条件下烧结5--12min，形成高韧性立方氮化硼材料。
所述Al-Ti合金粉中Al、Ti的质量比为2:1。
所述Fe-Cr-Mo-C-Nb合金粉中Fe、Cr、Mo、C、Nb的质量比为10:5:2:0.5:1。
所述圆球或圆棒的粒度为5-20mm。
实施例2
一种高韧性立方氮化硼烧结材料，其特征在于，其原料和组成如下：70gCBN，粒度1-10um；Al-Ti合金粉3g，粒度0.5-3um；TiCN粉末15g,粒度1-5um；SIALON粉末3g，粒度0.1-1um；Fe-Cr-Mo-C-Nb合金粉0.5g，粒度0.5-1um。
一种高韧性立方氮化硼烧结材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，将Fe、Cr、Mo、C、Nb金属按要求比例混合，在氮气保护气氛下，温度1500℃下熔炼1小时，最后由球团机制成圆棒；
步骤二，将步骤一制备的圆棒放到球磨罐中做球磨介质，再把CBN、Al-Ti合金粉、TiCN粉末、SIALON粉末放入球磨罐，在氮气保护气氛下混合。
步骤三：将混合好的粉末装入石墨模具中，置于六面顶压机中，在1600度，压力3gpa条件下烧结12min，形成高韧性立方氮化硼材料。
所述Al-Ti合金粉中Al、Ti的质量分别为2g、1g。
所述Fe-Cr-Mo-C-Nb合金粉中Fe、Cr、Mo、C、Nb的质量分别为0.22 g、0.11 g、0.045 g、0.02 g、0.123 g。
所述圆棒的粒度为5-20mm。
实施例3
一种高韧性立方氮化硼烧结材料，其特征在于，其原料和组成如下：90gCBN，粒度1-10um；Al-Ti合金粉12g，粒度0.5-3um；TiCN粉末5g,粒度1-5um；SIALON粉末3g，粒度0.1-1um；Fe-Cr-Mo-C-Nb合金粉0.5g，粒度0.5-1um。
一种高韧性立方氮化硼烧结材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，将Fe、Cr、Mo、C、Nb金属按要求比例混合，在氮气保护气氛下，在2000的温度下熔炼1小时，最后由球团机制成的圆球；
步骤二，将步骤一制备的圆球放到球磨罐中做球磨介质，再把CBN、Al-Ti合金粉、TiCN粉末、SIALON粉末放入球磨罐，在氮气保护气氛下高速混合。
步骤三：将混合好的粉末装入石墨模具中，置于六面顶压机中，在1600度，压力3gpa条件下烧结12min，形成高韧性立方氮化硼材料。
所述Al-Ti合金粉中Al、Ti的质量分别为2g、1g。
所述Fe-Cr-Mo-C-Nb合金粉中Fe、Cr、Mo、C、Nb的质量分别为0.22 g、0.11 g、0.045 g、0.02 g、0.123 g。
所述圆球的粒度为5-20mm。
实施例4
一种高韧性立方氮化硼烧结材料，其特征在于，其原料和组成如下：85gCBN，粒度1-10um；Al-Ti合金粉9g，粒度0.5-3um；TiCN粉末10g,粒度1-5um；SIALON粉末4g，粒度0.1-1um；Fe-Cr-Mo-C-Nb合金粉3g，粒度0.5-1um。
一种高韧性立方氮化硼烧结材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，将Fe、Cr、Mo、C、Nb金属按要求比例混合，在氮气保护气氛下，温度1600℃下熔炼1.5小时，最后由球团机制成圆棒；
步骤二，将步骤一制备的圆棒放到球磨罐中做球磨介质，再把CBN、Al-Ti合金粉、TiCN粉末、SIALON粉末放入球磨罐，在氮气保护气氛下高速混合。
步骤三：将混合好的粉末装入石墨模具中，置于六面顶压机中，在1500度，压力4gpa条件下烧结10min，形成高韧性立方氮化硼材料。
所述Al-Ti合金粉中Al、Ti的质量分别为6g、3g。
所述Fe-Cr-Mo-C-Nb合金粉中Fe、Cr、Mo、C、Nb的质量分别为1.6g、0.8g、0.35 g、0.08 g、0.17 g。
所述圆棒的粒度为5-20mm。
实施例5
一种高韧性立方氮化硼烧结材料，其特征在于，其原料和组成如下：75gCBN，粒度1-10um；Al-Ti合金粉9g，粒度0.5-3um；TiCN粉末13g,粒度1-5um；SIALON粉末4g，粒度0.1-1um；Fe-Cr-Mo-C-Nb合金粉2g，粒度0.5-1um。
一种高韧性立方氮化硼烧结材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，将Fe、Cr、Mo、C、Nb金属按要求比例混合，在氮气保护气氛下，温度为1700℃下熔炼1小时，最后由球团机制成圆球；
步骤二，将步骤一制备的圆球放到球磨罐中做球磨介质，再把CBN、Al-Ti合金粉、TiCN粉末、SIALON粉末放入球磨罐，在氮气保护气氛下高速混合。
步骤三：将混合好的粉末装入石墨模具中，置于六面顶压机中，在1500度，压力4gpa条件下烧结10min，形成高韧性立方氮化硼材料。
所述Al-Ti合金粉中Al、Ti的质量分别为6g、3g。
所述Fe-Cr-Mo-C-Nb合金粉中Fe、Cr、Mo、C、Nb的质量分别为1.1g、0.54g、0.18 g、0.06g、0.12g。
所述圆球的粒度为5-20mm。

Claims (5)

1.一种高韧性立方氮化硼烧结材料，其特征在于，其原料和组成如下：CBN70-90%wt，粒度1-10um；Al-Ti合金粉3-12%，粒度0.5-3um；TiCN粉末5-15%wt,粒度1-5um；SIALON粉末3-5%wt，粒度0.1-1um；Fe-Cr-Mo-C-Nb合金粉0.5-3%wt，粒度0.5-1um。
2.根据权利要求1所述的高韧性立方氮化硼烧结材料，其特征在于，所述Al-Ti合金粉中Al、Ti的质量比为2:1。
3.根据权利要求1所述的高韧性立方氮化硼烧结材料，其特征在于，所述Fe-Cr-Mo-C-Nb合金粉中Fe、Cr、Mo、C、Nb的质量比为10:5:2:0.5:1。
4.如权利要求1所述的高韧性立方氮化硼烧结材料的制备方法，如下步骤：
步骤一，将Fe、Cr、Mo、C、Nb金属按要求比例混合，在氮气保护气氛下，温度为1500-2000℃熔炼1-2小时，最后由球团机制成圆球或圆棒；
步骤二，将步骤一制备的圆球或圆棒放到球磨罐中做球磨介质，再把CBN、Al-Ti合金粉、TiCN粉末、SIALON粉末放入球磨罐，在氮气保护气氛下进行混合；
步骤三：将混合好的粉末装入石墨模具中，置于六面顶压机中，在1200-1600℃，压力3-7gpa条件下烧结5--12min，形成高韧性立方氮化硼材料。
5.根据权利要求4所述的高韧性立方氮化硼烧结材料的制备方法，其特征在于，所述圆球或圆棒的粒度为5-20mm。
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